摘 要：中强度铝合金线材制备研究 摘要研究了中强度铝合金的热处理工艺，通过调整加工工序，提高了产品质量和生产效率，降低了生产成本。对比分析了热处理工艺对中强度铝合金线材性能的影响，确定热处理合金杆方案的可行性。
中强度铝合金绞线由于其在制造、设计、施工、运输等方面的优点，在输电导线领域应用广泛[1]。研究表明，中强度全铝合金绞线与同直径的钢芯铝绞线(AC-SR)相比，在节约电能损耗、微风振动等方面优势显著。6000系铝合金是典型的可以热处理强化型铝合金，由于6000系铝合金具有较高的比强度、质轻等优点而在铝合金导线上得到广泛应用。本课题研究了中强度6101铝合金的热处理工艺，通过调整加工工序，提高了产品质量和生产效率，降低了生产成本。对比分析了不同热处理工艺对中强度铝合金线材性能的影响，确定了合金杆的最佳热处理工艺方案，以期为中强度铝合金线材的应用提供参考。
1.铝合金线材加工流程
传统的铝合金线材加工工艺流程见图1。由图1可知，传统的加工工艺为:将T4状态9.5mm的铝合金杆进行拉拔加工，获得不同规格的线材;线材取样检测后再搬运到热处理车间进行时效处理;时效处理后取样检测，检测合格后流转到下一工序(绞线)。传统的工艺流程具有质量控制点多、工序流转时间较长、热处理时间长、转运次数多、搬运过程中易造成线材卡碰伤等问题，需要耗费大量的人力和物力。针对传统工艺的缺点设计了新的工艺，其流程是:将T4状态9.5mm的铝合金杆先热处理，通过调整热处理工艺后进行加工可获得可以满足不同线径规格线材使用的综合的力学性能和电性能;热处理后铝杆检测，合格后流转到下一工序(拉丝);热处理后的铝杆进行线材拉拔，获得要求的线材规格;线材性能检测，合格后流转到下一工序(绞线)。对比两个工艺流程可知，新工艺减少了2次搬运和1次浸油工序。在操作上，热处理时铝杆较之线材装炉、吊装方便，节省人力。
2.工艺改进
试验原材料为T4状态下的9.5mm的AA6101中强度铝合金杆，其成分见表1。铝合金线材的技术指标:直径为3.94mm，抗拉强度≥240MPa，伸长率≥3.5%，电导率≥33.93MS/m[3，4]。根据拉拔加工的技术特点，确定了热处理后铝杆的性能指标:抗拉强度≥190MPa，伸长率≥7%(250mm标距)，电导率为34.10MS/m。不同状态下铝杆的性能见表2。可以看出，通过时效处理可以提升铝合金杆的抗拉强度，提升幅度为22～31MPa。时效时间相同时，随着时效温度的升高，抗拉强度呈下降趋势。这可能是因为时效温度太高，铝合金杆发生了过时效现象。并且3个批次的铝杆热处理后的变化趋势相同。通过时效处理明显降低了铝合金杆的伸长率，降低25%～38%，但随着时效温度的升高，伸长率不变或略有提高。时效处理对伸长率有着明显的不良影响，见表2。通过时效处理可以明显提升铝合金杆的电导率，提升2.48～2.58MS/m，在时效时间相同的前提下随着时效温度的'升高，电导率缓慢上升。综上所述，最终选定热处理工艺为205℃×6h。
3.拉丝验证及分析
拉丝工艺与拉制T4状态铝杆的工艺相同。通过现场跟踪，及拉丝操作者反馈，拉丝过程中非常顺利。铝杆浸油情况良好，未发生断丝现象。线材表面质量良好并且表面附着一层油膜。两种不同方法获得的3.94mm线材性能见表3。可以看出，现行热处理方案可满足标准要求，但是抗拉强度指标刚刚达到标准要求的下限并且偶有不合格现象出现。从表3可知，该工艺路线方案获得的产品性能均能很好的满足标准要求。分析表3可知，在满足标准要求的前提下，205℃×2h热处理时合金在强度和电导率方面均优于传统方法(176℃×10h)，综合3项指标在下一道工序或最终产品的使用性能考虑，新工艺路线获得的线材性能更有利于后续加工及最终产品的使用性能。采用意大利普洛佩兹连铸连轧生产线进行了300组AA6101铝合金杆试生产，力学性能和电导率见图2。由图2a可以看出，热处理后铝杆的抗拉强度主要分布范围为246～256MPa，伸长率为4.3%～6.0%，电导率为34.08～34.49MS/m，均能满足3.94mm线材使用要求，合格率达到100%。线材热处理10h，铝杆热处理6h。可以节省4h;线材取样时间节省2h。转运(吊装、搬运)时间5h;浸油时间1h。铝杆加工成合格的线材，累计节省时间12h左右，主要节省在热处理环节(每18～20t铝线材生产周期)。在保证质量的前提下，改善了两项指标，即强度指标和电导率指标分别达到250MPa和34.22MS/m。伸长率略有降低，但仍能满足标准要求。整体合格率也有一定提高。转序过程中的搬运减少、装炉铝杆和装线材可以减轻劳动强度，降低人力、物力，节约成本。由于线材热处理后表面干涩，绞线过程中易造成磨损及划伤，所以热处理后的线材应该浸油。铝杆拉制线材过程中，浸在拉丝油中。半成品线材表面有一层油膜，所以不用线材浸油。
4.结论
通过调整中强度铝合金时效工艺路线方案，缩短了生产周期，提高了生产效率的同时也提高了性能。此外，产品整体合格率也有较大提高。
参考文献
[1]陈保安，韩钰，陈新，等.中强度铝合金导线概述[J].热加工工艺，2015(18):6-8.
[2]刘联春.论铝合金热处理原理与技术[J].中国新技术新产品，2012(11):13-13.
[3]NB/T42042-2014.架空绞线用中强度铝合金线[S].[4]Q/GDW1816-2012.中强度铝合金绞线[S].、