分析生产工艺对电工 铝杆 力学性能与电学性能的影响

1、分析生产工艺对电工 铝杆 力学性能与电学性能的影响分析生产工艺对电工铝杆力学性能与电学性能的影响贵州电力线路器材厂韦升堂摘要:本文针对贵州电力线路器材厂生产的电工圆铝杆其存在延伸率低于国标的现象作出分析，并对其抗拉强度以及导电性变化的因素和原因作出阐述，尤其是生产设备对生产工艺有极大的影响。关键词:电工圆铝杆、延伸率、抗拉强度、导电性、生产工艺。电工铝杆是制做电缆、电线的半成品，随着我国电力工业的高速发展，对电工铝杆的力学性能和电力性能要求越来越高。目前，钢芯铝绞线是目前架空输电线路主要使用的专用导线，为了保证线路的安全运行及节能降耗，所使用的铝导线必须具有良好的机械性能以及导电性能。可是，生

2、产实践中其延伸率很不稳定，所以控制电工铝杆的延伸率也就成了生产中的一个重要问题。电工铝杆主要是在连铸连轧生产线上生产的。生产工序只要是铝液成分配料、铝液净化、铸锭和轧制。各个工序的主要工艺参数对铝杆的组织和性能的影响很大。1.钢芯铝绞线的制造工艺流程1.1铝绞线的制造工艺流程本文采用工业纯铝含铝量为99.7%的铝锭及返回料作为钢芯铝绞线的熔炼材料，下图简要显示铝绞线的制造工艺流程，首先将铝锭及返回料放在料斗里然后倒进熔炼炉里熔化，经熔化的铝水流进连接槽并与槽中的铝硼合金接触一并流进精炼炉，然后在精炼炉内加入精炼剂进行精炼处理，铝液在精炼炉经过精炼镇静处理后流进浇注机进行浇注凝固，凝固后的铝条进

3、入连轧机轧成铝杆后绕杆成捆并抽样检测分析，将时效强化后的铝杆用拉丝机拉拔成铝单丝，最后绞制成钢芯电缆线。铝原料融化精炼铝液化验浇注扎杆绕杆拉丝铝硼合金精炼剂铝杆检测绞制电缆1.2铝杆主要生产工艺参数表1所示主要工艺范参数围:表1铝杆化学成分(质量分数，%)及主要工艺参数范围table1(chemistrycompositionsofaluminumpole(mass%)andmaincraftparameteralfesicumgzn杂质总和80.0010.0050.0090.25fe/si1.52.8进扎温度460550终扎温度260320铸机电压90v110v轧机电压

4、380v420v结晶轮外冷却水压0.25mpa结晶轮内冷却水压0.02mpa乳液温度802.铝杆性能检测表2贵州电力线路器材厂电工圆铝杆性能试验报告委托单位:铝线车间报告编号:zj-44-2010-2-11检验标准:gb/t3954-2001试验日期:2010-2-24铝杆捆号型号外观检验直径9.012.0/0.5扭转+10-10铝杆截面积电阻率(200c).n.m抗拉强度(mpa)延伸率l0=200mm%室温0c实测电阻值正向反向2-11-1208.2501合格77.044127.891256.019360236082-11-2合格1246.02-11-3合格1285.52-11-4合格12

5、56.02-11-5208.5410合格77.151727.841315.019359235952-11-6合格1295.02-11-7合格1285.02-11-8合格1256.02-11-9208.5742合格77.164027.791335.019358535882-11-10合格1187.52-8-11合格1266.02-8-12合格1265.52-8-13206.6618合格76.456528.141206.52136633668检验结论:共检验10棵，5棵合格，5棵不合格(2-11-3、5、6、7、9延伸率不合格)抗拉强度:a6/110130mpa伸长率:8%a8/120150mpa

6、伸长率:6%电阻率标准值:不大于28.01(200c).n.m不合格原因:延伸率小于6%检验单位:质量管理部批准:审核:试验员:报告日期:2010-2-24从表2中看出铝杆的电阻率合格，延伸率50%不合格，国标gb/t3954-2008中要求延伸率大于6%。3.铝液的化学成分原铝中的杂质主要是由fe、si、cu。此外，还有ni、ti、v、cr、mn等以和氧化铝、浮渣、h2、co等为主的非金属。表2列出电工铝杆生产用铝液的化学成分要求。表3铝杆的化学成分的质量分数alfesicuv+cr+mn+ti杂质总和99.7%0.16%0.12%0.07%0.02%0.28%铁硅比调整范围1.52.84.

7、影响铝杆延伸率的主要原因4.1fe含量、si含量、铁硅比原铝中杂质含量较多的是fe和si，fe、si杂质的存在不仅影响铝杆的延伸率，而且也会影响其延伸率。si在铝中的溶解度比较小，大部分的si以游离态存在。游离态的si是脆性物质，随其含量的增多，产品脆性增大。当fe含量大于si含量时，铝材中的si、fe和al生成复杂的相(al9fe2si2)，属于硬脆相，往往使铝杆产生裂纹，延伸率降低。当fe含量小于si含量时，生成相(al12fe3si2)，该相也属于硬脆相。但与相相比其变形性能好得多。因此，在电工铝杆生产中，必须使fe含量大于si含量，以消除si所带来不利的影响。生产已实践证明，加fe后能

8、略微提高铝杆的抗拉强度，但延伸率降低。4.2铝液净化在贵州电力线路器材厂所生产的铝液主要是通过重熔铝锭在熔化炉中溶中后灌入保温炉。在熔化过程以及出铝、倒炉、转注等过程中不可避免地使铝液混入一定量的和其它夹杂物(氧化铝)，氢和夹杂物的存在不仅影响铝的纯度，更主要的是在铝坯内部产生气孔和和夹渣。铝坯的这些缺陷对铝杆的电导率、强度、和塑性影响极大。必须除去氢和氧化铝等夹渣，以求获得较纯净的铝液。铝液纯净度的要求是:氢含量控制在0.15cm3/100g以下，夹渣含量越低越好。4.3铝液除渣和静置与过滤铝液除渣一般采用添加精炼剂以达到既能除渣又能达到除氢的效果，此外还有除去气泡。在浇注前，铝液在保温炉内

9、静置2030分钟，澄清除渣，浇铸时使用玻璃丝布或陶瓷泡沫板过滤铝液除渣，是既经济，操作又方便，效果也明显的除渣方法。4.4铸造速度铸造速度必须与轧制速度相协调，坯料的铸造速度是根据铝液出炉温度以及轧制速度和轧制温度来确定的。铸造温度较慢，易获得致密的结晶组织:反之，晶粒越大，组织疏松或坯料产生缩孔、气眼等缺陷，严重影响铝杆的综合机械性能。4.5轧制速度与轧制温度轧制速度和轧制温度对铝杆延伸率影响比较大。轧制速度过快，则热效应愈大，出现热脆现象:而轧制速度过低，则会降低榨汁温度，使坯料的变形抗力增大而塑性降低，易出现低温脆裂。轧制温度过低，坯料的变形抗力大而塑性低，易出现低温脆裂;轧制温度过高，

10、会使坯料的内部低熔点的组成物熔融，造成过热，出现高温脆裂。通过以上分析，影响铝杆延伸率的主要因素有fe含量、si含量、铁硅比和连铸连轧生产速度。5.影响铝杆强度的因素影响铝杆的因素主要是下列几个方面:铝杆化学因素;熔化温度与保温时间;连铸机的浇铸温度及速度;连轧机的轧制温度、速度、压缩率;铝杆成圈的形状与冷却速度。5.1化学成分的影响多数合金元素都有促进铝的机械性能提高的作用，si元素则不同，虽然硅对铝的强度有提高作用，但是易产生游离状态的硅，而游离硅有极大的脆性，会使铝强度略有提高而而塑性降低。因此，纯铝应当尽量减少硅的含量。为了提高铝杆的强度，通常在重熔炉与保温炉的流槽中加入一定量的铝硼合

11、金，这就大大地提高了铝的抗拉强度。5.2炉子温度与保温时间对强度的影响温度的影响主要表现在两个方面，若保温炉温度过高，则易使铝液过烧，而使得铝在晶粒时的晶粒粗大，再者容易被空气中的水分子的氢氧侵入。在熔化过程中，温度是实现铝的金属物理和化学变化的必要条件，温度越高则熔化速度越快，同时也使铝与炉气、炉墙间的相互有害作用时间缩短。加热时间长有利于任何一种反应的连续发生。而炉温过高容易发生铝液过热现象，铝液中的晶核容易快速孕育，导致结晶时的晶粒粗大。5.3炉内气体和非金属夹杂物对强度的影响氢是能溶解于铝液中对铝液产生不利影响的主要气。氢的来源:(1)燃料中含的水分以及燃烧产物中的水分;(2)空气中的

12、水分;(3)吸附在炉料表面的水分;(4)溶剂、工具表面含有的水分。水蒸气与铝液在750c时发生如下反应:2al+3h2o=al2o+6h温度与压力对氢的溶解度都有关系。氢气对铝的强度、塑性都是有害的。铝在冷凝时，气体在铝中的溶解度下降90%。当铝液快速冷却时，大量的氢气会来不及析出而存在于铝锭中形成气孔，这些气孔在轧制时会变成气泡。裂纹等缺陷，从而影响它的强度。夹杂物有非金属夹杂物与金属夹杂物两种。非金属夹杂物是铝液与o2、n2、s、c等元素发生化学反应而生成的化合物，以al2o3对铝液的危害最大。由于这氧化物的熔点高，故以固态的形式存在于铝液中。非金属夹杂物有害影响主要是固态难熔的al2o3

13、混入铝液进入铸锭后，造成金属组织的不连续，使轧出的铝杆容易出现起皮、缩孔、空心、断裂等缺陷，降低强度并使强度产生了波动。5.4连铸速度、温度对强度的影响在一定的温度下，连续浇铸的速度与铝杆的强度成反比关系，即浇铸的速度越快，那么进入铸模铝液总量增加。由于冷却系统的冷却剂带走的热量不变，而从导致铸锭的温度上升，使得铸锭内部树状晶体发育完全，导致组织上的疏松，晶粒粗大，最终引起抗拉强度下降。在一定的速度和冷却水量的条件下，浇铸温度与强度成反比关系。此时浇铸温度越高，铸锭的温度就高，冷却越慢。只有外围的铝液快速冷却结晶，形成细小晶粒的外壳，而中间则是粗大树状结晶。因此，从铸锭的外壳到内心以显著的方向

14、性进行结晶，出现的晶体往往树枝状晶体。所以，较低的浇铸速度易产生有方向性的细小结晶组织;较高的浇铸速度易产生树枝状结晶组织及不致密的组织。5.5轧制对强度的影响一般来讲，轧制的压缩率与强度成正比，轧制的初轧、终轧温度与强度成反比关系，轧制的速度与强度成反比。影响轧机的压缩率主要因素是温度与冷却率。热轧可以使轧制应力比冷轧时要小，轧制的作用是破碎粗大的晶粒，使之成为分布均匀、无结晶取向的细小晶粒，而细小晶粒的晶界面积大于粗大的晶粒的晶界面积，晶界面积大则强度大，晶界面积小则强度小。6.影响导电率的因素影响导电率的因素主要有化学成分，炉内温度、浇铸温度和铝杆收线温度等。铝的纯度越高，其导电率越高，

15、任何元素对铝的导电率都是有害的。铝锭含有微量杂质元素对电阻率的影响强烈程度依次为:cr、mn、v、ti、mg、cu、zn、fe和si。炉内的温度使得铝液温度为700c750c时，铝液表层氧化膜除去后吹入蒸汽，10秒钟内铝液就可以被氢饱和。当铝液在冷却结晶时，会析出过饱和氢，并迅速扩散到晶界间和微孔隙中，形成氢分子，从而在铝内部形成孔洞，即缩成孔针，在轧制时会产生气泡、裂纹等缺陷，从而严重影响导电性能。浇铸温度高，则导电性差;浇铸温度小;反之，浇铸温度低，则导电性高。这主要是由晶粒度的原因所致。在浇注速度、冷却速度不变的条件下，浇铸温度高，会使晶粒粗大、导电率低;浇铸温度低，则会使结晶有细小的趋

16、势，使导电率上升。铝杆的收线温度高可以增加导电性能，但同时要考虑到由于收线温度过高(高于去应力退火温度)，则会引起不利的影响。7.综合分析在实际生产中，电工圆铝杆的抗拉强度通常达标，而延伸率常常出现不合格的现象，是因为生产工艺存在诸方面问题以及铝锭本身含有的杂志元素。归结如下:1.铝杆在进行力学性能检测中，延伸率低于技术标准要求，是由于熔炼铸造质量不好，存在类似原裂纹的针状空洞和点状孔洞，在材料的拉伸过程中，由于这些裂纹很容易相互连接而很快扫断材料断面，结果导致铝杆塑性明显下降。2.由于晶界及晶内存在铝铁硅夹杂物，使得材料在进行塑性拉伸过程中，晶粒滑移及晶粒之间的协调转动受到阻碍和破坏，故导致裂纹也容易在晶界夹杂处萌生及扩展，造成材料的延伸率降低。另外铝条的晶粒比较粗大也导致材料的塑性降低。3.由上