微合金元素对Al-B电工圆杆性能的影响.pdf

2 0 1 5 年第8 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 5 9 d o i l o ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．0 8 ．0 1 5 微合金元素对A l B 电工圆杆性能的影响 马玉龙，张晓燕，黄鑫，高红选，徐康宁 贵州大学材料与冶金学院，贵阳5 5 0 0 0 0 摘要通过正交试验研究C e 、L a 、Y 、C u 、z r 对A 1 ．I j 电工圆杆导电率和抗拉强度的影响。结果表明，当添加 0 ．2 ％C e 、O ．3 ％L a 、O ．1 ％Y 、O ．1 ％C u 时，A l - B 电工圆杆的导电率较优，达到6 0 ．5 ％I A C S ；当添加O ．3 ％C e 、 o ．3 ％L a 、o ．2 ％Y 、o ．3 ％c u 、o ．2 ％Z r 时，A l _ B 电工圆杆获得较高的抗拉强度，其值为1 0 1M P a 。 关键词微合金元素；A l B 电工圆杆；导电率；抗拉强度 中图分类号T G l 4 6 ．2 1文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 0 8 一0 0 5 9 一0 3 E f f e c to fM i c r o a l l o y i n gE l e m e n t so nP r o p e r t yo fA 卜BE l e c t r i c a lR o u n dR o d M AY u l o n g ，Z H A N GX i a o y a n ，H U A N GX i n ，G A OH o n g x u a n ，X UK a n g n i n g C 0 1 l e g eo fM a t e r i a la n dM e t a l l u r g y ，G u i z h o uU n i v e r s i t y ，G u i y a n g5 5 0 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ee f f e c t so fC e 、L a 、Y 、C ua n dZ ro np r o p e r t yo fA 1 一Be l e c t r i c a lr o u n dr o dw e r ei n v e s t i g a t e db y o r t h o g o n a le x p e r i m e n t ． T h er e s u l t ss h o wt h a tA 1 一Be l e c t r i c a lr o u n dr o dh a st h eb e s te l e c t r i c a lc o n d u c t i V i t y o f6 0 ．5 ％I A C Sw i t hd o s a g eo fO ．2 ％C e ，O ．3 ％L a ，o ．1 ％Y ，a n do ．1 ％C u ，a n dt h eb e s tt e n s 订es t r e n g t ho f 1 0 1M P ao b t a i n e dw i t hd o s a g eo f0 ．3 ％C e ，O ．3 ％L a ，0 ．2 ％Y ，O ．3 ％C u ，a n d0 ．2 ％Z r ． K e yw o r d s m i c r o a l l o y i n ge l e m e n t s ，A l Be l e c t r i c a lr o u n dr o d ，e l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y ；t e n s i l es t r e n g t h 近2 0 年来，尤其是国家提出大力发展智能电网， 并且扩建与农村电网改造后，越来越多的铝及铝合金 新产品应用于电线电缆行业。电工圆铝杆作为电解 铝的粗加工产品和铝电缆、铝导线的半成品，与电力、 电子行业终端产品的研发应用密不可分，且随着输电 线缆向高压化、大容量化、远距离化方面发展和延伸， 对输电线缆的综合性能提出更严格的要求。我国目 前广泛使用的精铝杆、纯铝杆及铝一镁一硅合金杆， 其强度、导电性均不能满足输电领域高速发展对输电 线缆性能的新要求，迫切希望研发出综合性能较佳的 新型铝合金杆n 。7 ] 。本文针对C e 、L a 、Y 、C u 、Z r 元素， 通过正交试验，研究其对A l B 电工圆杆性能的影响。 1 试验材料及方法 1 ．1 试验材料 试验所用原材料为纯度9 9 ．7 ％的工业纯铝、锆 含量5 ％的A l Z r 中间合金，含铈、镧均为1 5 ％的 A l C e 、A l L a 中间合金，含钇1 0 ％的A l Y 和含铜 2 0 ％的A 1 一C u 中间合金。 1 ．2 试样制备 用刚玉坩埚加热融化，将铝锭放人刚玉坩埚中， 在井式电阻炉中加热熔化，等到铝锭完全熔化后， 7 6 0 ℃左右加入中间合金并充分搅拌，待铝完全熔 化后静置1 5m i n ，并除去铝液表面杂质，最后浇铸 成①1 2m m 2 0 0m m 的铝棒。 1 ．3 分析测试方法 用O l y m p u s B H 2 光学显微镜进行金相组织 观察，用G B 3 0 4 8 ．2 8 3 的方法在劬5 7 双臂电桥上 测量其电阻率，并在I n s t r o n - 8 5 0 1 材料拉伸试验机 上测量试样的力学性能，用X ’P e r tP R 0X 射线衍 射仪分析试样物相。 收稿日期2 0 1 5 一0 3 一0 9 基金项目贵州省科技计划项目 2 0 1 2 3 0 4 3 ；贵州大学大学生创新训练项目 2 0 1 4 0 0 3 作者简介马玉龙 1 9 9 3 一 ，男，贵州贵阳人，本科生；通信作者张晓燕 1 9 6 0 一 ，女，贵州贵阳人，教授． 万方数据 6 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第8 期 表2 极差分析结果 T a b l e2R e s u l t so fr a n g ea n a l y s i s 根据表2 的分析结果可以得出 各因素对抗拉强度的影响大小次序是D C u 、 E Z r 、C Y 、A C e 、B L a ，最优方案应是A 。B 。 C 。D 。E 3 ，对应的合金元素添加量 质量百分数 为 o ．3 ％C e 、o ．3 ％I 。a 、o ．2 ％Y 、0 ．3 ％C u 、O ．2 ％Z r 。按 该参数进行试验 记为1 7 号试样 的抗拉强度达 1 0 1M P a ，导电率为4 7 ．5 ％I A C S 。 各因素对导电率的影响大小次序是E Z r 、A C e 、B L a 、C Y 、D C u ，最优方案是A 。B 4 C D 。 E 。，按照此方案添加0 ．2 ％C e 、0 ．3 ％L a 、0 ．1 ％Y 、 o ．1 ％C u 进行试验 记为1 8 号试样 ，其导电率为 6 0 ．5 ％I A C S 。 2 ．2 试样的微观组织的分析 图1 为不同试样的显微组织。 h r 拼式样 图1 试样的显微组织 F i g ．1 M i c r o s t c t u r e so fs a m p l e s 万方数据 2 0 1 5 年第8 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 6 1 由图1 可知，1 号试样的晶粒较粗大，部分晶界 处出现空隙或者夹杂物 图1 a ；添加合金元素的 1 7 、1 8 号样晶粒被细化，1 7 号样的细化效果较明显 图1 b ，且观察到1 7 、1 8 号样有二次相粒子分布于 晶界及其附近区域。微观组织结构的差别正是试样 性能差距较大的主要原因，晶粒越小晶界面积越大， 电子穿过晶界时所受到的阻力越大，电阻率就越大， 反之则电阻率越小[ 8 ] 。1 号样晶粒较粗大，但其晶 界处存在空隙，部分降低了试样导电率，而1 8 号样 ★ { a l ■ 口 LJ ●一A l ★一F e L a ，S i 。 ●一A l 。，L a 加入稀土元素对晶界有净化作用，因此其导电率较 优[ 9 1 ；1 7 号样的晶粒较细小，晶界数量也最多，由于 晶界上点阵畸变严重，且晶界两侧的晶粒取向不同， 所以在一侧晶粒中滑移的位错不能直接进入第二晶 粒，要使第二晶粒产生滑移，就必须增大外加应力， 也即是说室温下晶界对滑移具有阻碍效应[ 1 ⋯，因此 1 7 号样的抗拉强度较大。 2 ．3 试样的物相分析 图2 为试样的X R D 谱。 ▲ ★ ● 图2 试样的X 射线衍射图谱 F i g ．2 X R Dp a t t e r n so fs a m p l e s 由图2 可知，1 7 号样的主要相是A l 、A l 。S i 、 A 1 3 Y 、A l C u 2 、A 1 4C e 、A 1 3Z r 、C e C u 2 等，1 8 号样由 A l 、A l 。L a 、F e I 。a S i 。相组成。对于1 7 号样来说，析 出的A l C u 、亚稳相A l 。Z r 等对基体有强化作用，因 此细晶强化和析出相强化是抗拉强度较大的主要原 因；而对于1 8 号样来说，稀土元素的加入使得部分 S i 、F e 由固溶态转变为析出态，部分提高了试样的 导电率[ 1 1 | ，因此该试样的导电率较优。 3结论 1 添加O ．2 ％C e 、O ．3 ％I 。a 、O ．1 ％Y 、O ．1 ％C u 时，A l B 电工圆杆的导电率较优，达到6 0 ．5 ％ I A C S 。 2 添加0 ．3 ％C e 、O ．3 ％L a 、o ．2 ％Y 、O ．3 ％C u 、 o ．2 ％Z r 时，A l B 电工圆杆获得较高的抗拉强度，其 值为1 0 1M P a 。 3 微合金元素的加入产生的细晶强化和析出相 强化可以提高A 1 一B 电工圆杆的性能。 参考文献 [ 1 ] 李红英，孙远，宾杰，等．c e 对耐热铝导体材料铸态组织 ■一A l ●一A 1 ．，S 1 ▲一A lY T A l C u ★一A l C e ●一A lZ r A C e C u 和性能的影响[ J ] ．中南大学学报自然科学版，2 0 1 1 ，4 2 1 0 3 0 2 6 3 0 3 2 ． [ 2 ] 樊磊，张晓燕，高红选，等．铈和镧对A 1 一B 电工圆杆性 能的影响[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 4 5 8 6 1 ． [ 3 ] 刘竞艳，许飞，苗壮．富铈混合稀土对A l 一4 ．5 C u 合金微 观组织和力学性能的影响[ J ] ．稀有金属材料与工程， 2 0 1 1 ，4 0 增刊2 5 7 3 5 7 6 ． [ 4 ] K r i s t i a nB o n d e r u pP e d e r s e n ，D a v i dB e n n i n g ，P e t e rK j rK r i s t e n s e n ，e ta 1 ．I n t e r f a c es t r u c t u r ea n ds t r e n g t ho fu 1 一 t r a s o n i c a l l yw e d g eb o n d e dh e a v ya l u m i n i u mw i r e si nS i b a s e dp o w e rm o d u l e s [ J ] ．JM a t e rs c i M a t e rE l e c t r o n ， 2 0 1 4 ，2 5 2 8 6 3 2 8 7 1 ． [ 5 ] 巩向鹏，张晓燕，高红选，等．热处理工艺对铝合金电工 圆杆性能的影响[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 1 2 3 7 4 0 ． [ 6 ] M c a l l e nP ，P h e l a nP ．D u c t i l ef r a c t u r eb yc e n t r a lb u r s t si n d r a w n2 0 1 1a l u m i n i u mw i r e [ J ] ．I n t e r n a t i o n a lJ o u m a lo f F r a c t u r e ，2 0 0 5 ，1 3 5 1 9 3 3 ． [ 7 ] 杨钢，何正夫，陈德斌，等．高导电率A l R E - 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