一種添加稀土元素Y和Sc的Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種添加稀土元素 Y和Sc的Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳輸電力的架空線，除了需有必要的導(dǎo)電率傳輸電流和必要的強度來承受自重 及風(fēng)、冰所加的負(fù)荷以外，還應(yīng)考慮到彈性模量、線性膨脹系數(shù)、蠕變屈服性能和抗腐蝕性 等重要特性。對于電力線來說，銅被明顯地選為導(dǎo)體材料，是因為它具有高導(dǎo)電率和較 好的機械特性和抗腐蝕性。但是，通過對最重要的特性的測試顯示，鋁是用作架空線最 合適的導(dǎo)體材料。
[0003] 鋁導(dǎo)體的導(dǎo)電率及強度分別為銅導(dǎo)體的61%和39%然而，由于它的密度小，鋁 導(dǎo)體的重量只有相同體積銅導(dǎo)體重量的30%，所以鋁導(dǎo)體的導(dǎo)電率與重量之比及強度與 重量之比，都優(yōu)于相同重量的銅導(dǎo)體。因而，鋁導(dǎo)休具有更好的強度和導(dǎo)電性或從另一 方面說，在同樣的導(dǎo)電性與強度的綜合性能條件下，鋁可以由比銅更輕的重量來獲得。 從經(jīng)濟觀點來看，鋁的密度比銅小。通常鋁的價格要比銅便宜得多，更重要的是這些金 屬是以重量計價的聲所以相同重量情況下鋁比銅具有更好的經(jīng)濟性。因此在輸電領(lǐng)域，鋁 導(dǎo)線得到較快發(fā)展和廣泛運用。目前，世界各地的輸電架空輸電線路主要采用鋼芯鋁合金 絞線（ACSR)。典型代表如美國1350EU370E，日本58TACSR、60TACSR。即使是印度、孟加拉 國等發(fā)展中國家，也有較大用量。20世紀(jì)50~60年代，法國、美國、日本和比利時等國 家對鋁合金導(dǎo)線進行了大量的試驗，認(rèn)為鋁合金具有良好的導(dǎo)電性能、焊接性能、耐蝕性 能、導(dǎo)電容量大、抗拉強度高、質(zhì)量輕、弧垂特性好等一系列的優(yōu)點，繼而研發(fā)出高強度鋁合 金線（AAAC)，這種鋁合金導(dǎo)線具有抗拉強度大，重量輕，耐腐蝕，弧垂性能好等優(yōu)點，在很多 國家也被廣泛采用。如日本在80年代應(yīng)用鋁合金導(dǎo)線達全部導(dǎo)線用量的40%，歐美也達 到30%以上。 我國從60年代開始研制和開發(fā)高強度鋁合金線，但我國傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線導(dǎo)電率偏低， 耐熱性能相對較弱，線路的輸電容量受到限制。據(jù)電力部門統(tǒng)計，國家電網(wǎng)損耗占電網(wǎng)傳輸 電量的8. 9%以上，地方電網(wǎng)可達20%，而且國內(nèi)的鋁合金導(dǎo)線在生產(chǎn)中常出現(xiàn)拉伸斷裂問 題。所以我國的鋁合金導(dǎo)線占架空導(dǎo)線的比例很小，有著很大的發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼搜邪l(fā)高強 度高電導(dǎo)的鋁合金導(dǎo)線成為國內(nèi)的研究熱點之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種添加稀土元素 Y和Sc的Al-Cu-Mg-Fe-Ni 合金及其制備工藝，以獲得性能優(yōu)異的Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種添加稀土元素 Y和Sc的Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的制 備工藝，包含以下步驟：分別澆鑄質(zhì)量分?jǐn)?shù)w (Y) =7. 5%的Al-Y、Al-Sc中間合金、7. 5%的 Al-Y-Sc中間合金，然后鋁錠原料加熱升溫到780°C ~800°C，待熔化后，去除鋁液表面的渣 子，再加熱到780°C ~800°C后，用鋁薄包裹好的中間合金A1-Y或Al-Sc添加到鋁液中，加入 后攪拌均勻，攪拌時間為3min~5min，后去除表面浮雜物，最后燒鑄成型。
[0006] 在保溫的同時，需將模具在400°C進行預(yù)熱。
[0007] Y的添加量為0· 15-0. 25, Sc的添加量為0· 05-0. 25。
[0008] 本發(fā)明的有益效果： 1) 添加適量的稀土 Y和Sc均可以提高Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的導(dǎo)電率，可能是稀土元 素可以使Si、Fe由固溶態(tài)變?yōu)槲龀鰬B(tài)。對于稀土 Y，添加量需控制在w (Y) =0. 10%~0. 25% ; 對于稀土 Sc，添加量需控制在w (Sc) =0· 10%~0· 20%，其中Sc的效果優(yōu)于Y ; 2) 添加一定量的單一稀土 Y和Sc，可以提高Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的抗拉強度，且稀土 Y效果強于Sc ; 3) 單獨添加稀土 Y時，w (Y) =0. 20%時，Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的綜合性能最佳；單獨 添加稀土 Sc時，w (Sc) =0. 15%時Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的綜合性能最佳； 4) 在Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金中添加稀土 Y和Sc，其宏觀組織中粗大的柱狀晶變細(xì)變短， 并且中心出現(xiàn)等軸晶； 5) 添加稀土 Y、Sc均可細(xì)化Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金試樣的晶粒，且稀土 Y的細(xì)化效果強 于稀土 Sc。
【附圖說明】
[0009] 圖1為稀土元素 Y的加入量與導(dǎo)電率的關(guān)系曲線； 圖2為稀土元素 Sc的加入量與導(dǎo)電率的關(guān)系曲線； 圖3為稀土元素 Y的加入量與抗拉強度的關(guān)系曲線； 圖4為稀土元素 Sc的加入量與抗拉強度的關(guān)系曲線。
【具體實施方式】
[0010] 確定分別澆鑄質(zhì)量分?jǐn)?shù)w (Y)=7. 5%的Al-Y、A1-Sc中間合金、7. 5%的Al-Y-Sc中 間合金。
[0011] A1-RE中間合金的制備方法為：純鋁放入剛玉坩堝中，用井式電阻爐加熱 熔化，待純鋁完全熔化后，將稀土金屬破碎，烘干并用鋁箔包好，750°C時加入鋁液，在 800°C ± 1(TC保溫2h左右，其間不斷攪拌，直至稀土金屬碎塊完全熔入，最后澆入模具備 用。稀土元素的燒損控制在1~3%左右，因而實驗中的加入量可看作為實際含量，最終分別 制備成質(zhì)量分?jǐn)?shù)w (Y) =7. 5%的A1-Y中間合金和質(zhì)量分?jǐn)?shù)w (Sc) =7. 5%的Al-Sc中間合 金。
[0012] 把計算好比例的鋁錠原料放入坩堝加熱升溫到780°C ~800°C，待熔化后，去除鋁 液表面的渣子，再加熱到780°C ~800°C后，用鋁薄包裹好稱量好的中間合金添加到鋁液中， 加入后攪拌均勻，攪拌時間為3mirT5min。攪拌完成后將井式電阻爐蓋蓋好，使熔體回升到 熔煉溫度800°C左右，保溫幾分鐘后去除表面浮雜物，最后澆鑄成直徑Φ為11mm、長度L為 120mm的圓柱試樣。在保溫的同時，需將模具在400°C左右進行預(yù)熱。預(yù)熱主要為了減少鋁 液和模具壁的溫差，從而提高鋁液的充型能力。預(yù)熱完成后取出模具馬上澆鑄，澆鑄時要有