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CN102268575A - 一种铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种铝合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种铝合金材料，其特征在于含有以重量百分比计的以下各组分：0.16～1.2wt%的Fe、0.001～0.8wt%的Cu、0.001～0.8wt%的Mg、0.001～0.8wt%的Zn、0.001～0.8wt%的Ca、0.001～1.0wt%的稀土元素以及微量的、锶、钛、硼、鎳、铬、锆、钒、铍、钴、铅、锡、铋、钼、银、铟、铌、钡,其余为铝。该合金具有极好的机械强度、加工性能和耐腐蚀性能，适用于电缆铠装护套。

Description

一种铝合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于有色金属材料领域，具体涉及一种铝合金材料及其制备方法。
背景技术
金属丝铠装电力电缆可以承受一定的压力和拉力，此类电缆的铠装层多是由镀锌钢丝组成，由于镀锌钢丝为磁性材料，对于单芯交流电用电缆来讲不仅会因为涡流的产生而导致其损耗增加，并会使其发热量增大，为了解决这一问题，一般采用钢丝与铜丝间隔设置的方式来制作铠装层。据中国有色金属工业协会统计，截止2011年中国铜矿资源的储量约3000万吨，约占世界总储量的5%，铜精矿的供应不到30%，每年铜用量约700万吨，超过70%依赖进口。
    因此开发合适的新材料，使抗拉强度及延伸率接近铜材料性能的要求，不仅能极大的降低投资成本，并且能大大节约铜资源，而铝资源丰富，且具有优异的机械性能和加工性能，通过适当的改性，是很好的替代铜材的材料，因此开发新型的铝合金材料是取代铜材未来发展的方向，但纯铝的密度小（ρ=2.7g/cm3），大约是铁的 1/3，熔点低（660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ:32～40%，ψ:70～90%），易于加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，退火状态 σb 值约为8kgf/mm2，故不宜作结构材料。
 发明内容
本发明的目的就是提一种铝合金材料，该导体具有极好的机械强度、加工性能和耐腐蚀性能，适用于电缆铠装护套。
一种铝合金材料，其特征在于：含有以重量百分比计的以下组分：
0.16～1.2wt%的Fe、0.001～0.4wt%的Be、0.001～0.8wt%的Cu、0.001～0.8wt%的Mg、0.001～0.8wt%的Zn、0.001～0.8wt%的B、 0.001～0.8wt%的Ni、0.001～0.8wt%的Mo、0.001～0.8wt%的Ca、0.001～0.8wt%的Ti、0.001～0.8wt%的Ga、0.001～0.8wt%的Ge、0.001～0.8wt%的Sr、0.001～0.8wt%的Zr、0.001～0.8wt%的Nb、0.001～0.8wt%的Ag、0.001～0.8wt%的In、0.001～0.8wt%的Sn、
0.001～0.8wt%的V、0.001～0.8wt%的Cr、0.001～0.8wt%的Mn、0.001～0.8wt%的Ba、0.001～0.8wt%的Pb、0.001～0.8wt%的Bi以及0.001～1.0wt%的稀土元素，其余为铝。 
所述的稀土元素中至少包含La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y中的一种。
本发明的另一目的是提供一种铝合金材料的制备方法。
铝合金材料制备方法，步骤为：
第一步，在730～800℃，按比例将各原料加入竖炉中熔炼，搅拌均匀后，经精炼、除渣、除气，在740～770℃静置保温30min后，作炉前取样分析、调整，以确保各元素含量在允许范围之内，在铸机中进行铸条，将铸条导入轧机，导入轧机的温度为500～550℃，导出温度为350～420℃，热轧过程中予以加热。
第二步，将铝合金条轧机上冷轧成不同大小的铝合金带。
第三步，将铝合金在500～550℃，4～8h的固溶热处理。
本发明中添加的合金元素具有以下技术效果：
加入铁（Fe）后以Al3Fe的形式析出，增加抗张强度和屈服极限，使铝合金的强度和塑性得到显著的改善，因而使得铝合金的延伸率达到或超过30%。当含量超过1.2wt%，强度虽然上升了，但会导致延伸率的降低。
加入0.001～0.4wt%的铍（Be）后，提高合金产量和纯度，能得到表面光洁度较好，强度较高和延展性得到改善的较纯净的优质铸件。合金中加入Be能使脆性的Fe金属间晶体由大的针状形和层状形转变成小的等轴晶体，改善合金的强度和延展性，并能够允许铝合金中有较高的Fe含量。Be还能改善铝合金的流动性，使熔体的流动性增加，并能提高合金的抗拉强度和屈服极限。
铜（Cu）是主要的合金元素，有一定的固熔化作用，形成CuAl2有明显的失效强化效果，提高力学性能，在铝合金中加0.001～0.8wt%的Cu，能提高合金的抗蚀性和耐热性，但膨胀系数小，耐磨性能优越。
镁（Mg）对铝有较大的增强作用，每增加1%的镁，抗拉强度约升高34MPa；
锌（Zn）在变形条件下，利于合金强度的提高，同时具有防腐作用；
硼（B）加入铝基中，能细化晶粒，形成细小的弥散析出相，由于合金中存在大量的这种弥散相，晶粒的长大也受到阻碍，因而能显著提高再结晶温度，延长再结晶孕育期，降低再结晶速度。显著提高合金的强度和延伸性能，并使得合金具有较好的抗疲劳强度。
适量的Ni加入合金中，除了少数固溶于铝基体中外，大部分与Al、Cu形成Al7Cu4Ni金属间化合物弥散分布于晶界，起到弥散强化作用。并且Ni与Fe、Al形成了金属间化合物Al9FeNi，该相呈现虫状分布于晶界，大大降低了Fe在合金中形成针状相所引起的有害影响。
0.001～0.8wt%的钼（Mo）能够提高Al合金的减振降噪性能，延长材料的使用寿命。
钙（Ca）加入合金中，能抑制再结晶，提高再结晶温度，延长再结晶时间，提高耐热性。
加入0.001～0.8wt%的钛（Ti）是铝合金中常用的添加元素，主要是用于细化铸造组织，减少开裂倾向，提高材料的力学性能。
添加0.001～0.8wt%的Ga,，铝合金的抗拉强度和塑性都有明显的提高。
铬（Ge）在合金中能阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，另外，铬还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。
添加微量元素锶（Sr）、锆（Zr）后，与铝形成Al3（Sc、Zr）相，该相的晶格类型和晶格常数与基体铝非常接近，且该相质点分部均匀，熔点高，热稳定性好。有助于提高合金成型加工过程中的结构稳定性、焊接性能和抗蚀性能。
添加微量的铌（Nb）可以通过固溶强化作用和减小扩散速度来提高合金的蠕变能力，降低蠕变速度，延长蠕变寿命。
微量的银（Ag）加入合金中，在合金中起到提高固溶强化作用，能显著的改善合金的机械强度。
在铝合金焊料中添加适量的铟（In）可以增大焊料的漫流面积、改善其钎焊性能、提高复合带的高温强度和室温强度。
钡（Ba） 在合金中可以很好的改善合金的机械强度，特别是合金抗拉强度和屈服强度。
钒（V）可以与铝形成化合物，细化合金的晶粒。
铬（Cr）在铝合金中，可以提高高温性能、降低Fe的有害影响，阻碍再结晶的成核和长大过程。
加入锰（Mn）后，与Al生成MnAl6，提高了合金的强度，锰含量达到0.8%时，延伸率达到最大，MnAl6的另一个作用是溶解杂志铁，形成（Fe、Mn）Al6，减少铁的不良影响。
铅（Pb）、铋（Bi）、锡（Sn）都是低熔点金属，几乎不会固溶于铝合金而单独分布在晶粒边界上，在铝合金凝固结束后，呈熔融状态，如果在晶界上均匀分布，则可以改善铝合金的切削加工性能，而且添加了铅（Pb）、锡（Sn）的铝合金耐磨性能好。
同时由于合金中加入一定量的La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y等多种稀土元素，由于稀土元素与氢有极强的亲和力，能与氢生成熔点高的化合物，有一定的除氢、精炼、净化的作用，可有效的改善合金晶体组织结构，提高合金的强度和塑性，并且稀土元素能显著提高合金的耐腐蚀性能，可以适用于各种潮湿、酸性或碱性场所，大大提高了合金的使用寿命。
因此，本发明制造的铝管有很好的高抗拉强度、高屈服强度、高延伸率、耐腐蚀性能，高温稳定性，且成本比铜管便宜，且性能比铁管高，是替代空调用铁管、铜管的重要材料。本发明中加入一定量的多种合金元素，这些合金元素对于提高合金的机械强度、延伸性能已经提高合金的加工性能起到很好的效果，合金的抗拉强度能达到330MPa，延伸率能达到10%，布氏硬度（HB）超过200。且这种合金具有较好的耐腐蚀性能和高温抗蠕变性能，在很多场合是适合替代铜材或钢材很好的材料。
具体实施方式
以下将结合实施例具体说明本发明的内容。
实施例1
表1为实施例1至4所采用的成分列表（各组分的单位是wt%）；
Figure 552395DEST_PATH_IMAGE001
Figure 623174DEST_PATH_IMAGE003
表2为实施例1至4所采用的工艺参数列表；
Figure 18383DEST_PATH_IMAGE004
 上述具体实施方式不以任何形式限制本发明的技术方案，凡是采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案均落在本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种铝合金材料，其特征在于含有以重量百分比计的以下各组分：0.16～1.2wt%的Fe、0.001～0.4wt%的Be、0.001～0.8wt%的Cu、0.001～0.8wt%的Mg、0.001～0.8wt%的Zn、0.001～0.8wt%的B、0.001～0.8wt%的Ni、0.001～0.8wt%的Mo、0.001～0.8wt%的Ca、0.001～0.8wt%的Ti、0.001～0.8wt%的Ga、0.001～0.8wt%的Ge、0.001～0.8wt%的Sr、0.001～0.8wt%的Zr、0.001～0.8wt%的Nb、0.001～0.8wt%的Ag、0.001～0.8wt%的In、0.001～0.8wt%的Sn、0.001～0.8wt%的V、0.001～0.8wt%的Cr、0.001～0.8wt%的Mn、0.001～0.8wt%的Ba、0.001～0.8wt%的Pb、0.001～0.8wt%的Bi，以及0.001～1.0wt%的稀土元素，其余为铝。
2. 如权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，其特征在于所述的稀土至少包含La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y中的任一种。
3.铝合金材料制备方法，其特征在于包括以下的步骤：
第一步，在730～800℃，按比例将各原料，加入竖炉中进行熔炼，充分搅拌均匀后，经精炼、除渣、除气，在740～770℃静置保温30min后，作炉前取样分析、调整，以确保各元素含量在允许范围之内，在铸机中进行铸条，将铸条导入轧机，导入轧机的温度为500～550℃，导出温度为350～420℃，热轧过程中予以加热；
第二步，将铝合金条轧机上冷轧成不同大小的铝合金带；
第三步，将铝合金在500～550℃，4～8h的固溶热处理。
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