專利名稱：電力金具用高強(qiáng)度節(jié)能鋁合金材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明電力金具用高強(qiáng)度節(jié)能鋁合金材料用于制作電力金具產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
電力金具產(chǎn)品按材料來(lái)分主要為銅鋁類、鋼件類、瑪鐵件類等幾個(gè)大類，銅鋁類為主要的一個(gè)大類。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，鋁合金材料得到了快速發(fā)展，許多瑪鐵產(chǎn)品逐步使用具有高強(qiáng)度、重量輕的鋁合金材料來(lái)代替，在減輕重量的同時(shí)也節(jié)約了能源，應(yīng)用前景十分喜人。
在電力金具產(chǎn)品中，現(xiàn)有的鋁合金材料主要有鋁硅系中的ZL102、ZL101A、ZL104等幾個(gè)代號(hào)，在ZL102鋁合金代號(hào)中，硅的含量為10～13％，為典型的共晶硅鋁合金，其抗拉強(qiáng)度為153MPa，布氏硬度HB為50，延伸率為2％，具有良好的流動(dòng)性，是最為常用的鋁合金材料，但這種材料和其余的鋁合金材料相比，不具有高強(qiáng)度、高硬度。因此，在用于一些高等級(jí)的電力金具產(chǎn)品時(shí)，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)壁厚較大，效果不理想。
因此，在高等級(jí)的電力金具產(chǎn)品中，使用ZL101A和ZL104這兩種代號(hào)的鋁合金材料。在ZL101A這種材料中，硅的含量為6.5～7.5％，鎂含量為0.25～0.45％，鎂的主要作用是與硅形成Mg2Si相，固溶處理時(shí)溶入基體，時(shí)效時(shí)析出，使晶體點(diǎn)陣發(fā)生畸變，強(qiáng)化合金，提高了抗拉強(qiáng)度。在鋁合金狀態(tài)T6時(shí)熱處理后具有高強(qiáng)度、高硬度，其抗拉強(qiáng)度為290MPa，布氏硬度HB為90，延伸率為3％，滿足產(chǎn)品的要求，但這種鋁合金材料在鑄造時(shí)，其流動(dòng)性不及鋁合金代號(hào)ZL102，為了達(dá)到良好的鑄造性能，對(duì)溫度的控制要求比較高，同時(shí)對(duì)鐵質(zhì)的含量要求較高，因鐵質(zhì)的含量對(duì)材料的機(jī)械性能影響十分明顯，這樣就對(duì)工藝控制帶來(lái)了一定的難度。
許多單位使用代號(hào)ZL104鋁合金材料，這種鋁合金材料硅(Si)的含量為8.5～10.5％，鎂(Mg)的含量為0.25～0.45％，錳(Mn)含量為0.35～0.5％，錳的作用是和鐵(Fe)生成AlFeMnSi，以降低鐵(Fe)的有害作用，同時(shí)，使晶體發(fā)生畸變，起強(qiáng)化作用，以便提高鋁合金材料的強(qiáng)度。降低了對(duì)鐵質(zhì)的含量要求，在合金狀態(tài)T6熱處理處，抗拉強(qiáng)度為231MPa，布氏硬度HB為70，延伸率為2％，滿足產(chǎn)品的要求，但這種鋁合金材料在鑄造時(shí)，材料的流動(dòng)性也不及代號(hào)ZL102鋁合金，工藝控制和成品率都不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電力金具用高強(qiáng)度節(jié)能新的鋁合金材料，以克服現(xiàn)有鋁合金材料抗拉強(qiáng)度低和布氏硬度低的缺點(diǎn)，解決了鑄造時(shí)鋁合金材料的流動(dòng)性問(wèn)題。
一種由鋁、硅、錳、鎂配制的鋁硅系電力金具用高強(qiáng)度節(jié)能鋁合金材料，其特征在于硅、鎂、錳百分重量含量分別為10～13％、0.25～0.45％、0.5～0.8，余量為鋁，爐料熔前預(yù)熱至350～450℃，保溫2～4小時(shí)，熔煉時(shí)，在鋁錠熔化過(guò)程中，分批加入硅、錳；在700～750℃時(shí)，加入0.5～0.7％六氯乙烷精煉；用鐘罩壓入0.1～0.3％晶粒細(xì)化劑；處理2～3分鐘；用鐘罩壓入鎂塊，待其全部熔化；在鋁液表面加入0.6～0.7％四元變質(zhì)劑；加入0.1～0.3％高效清渣劑；在保溫爐中保溫2～4小時(shí)；對(duì)鋁合金進(jìn)行固熔處理，然后在20～100℃水溫中淬火25秒；再在時(shí)效電爐中進(jìn)行時(shí)效處理，再冷至室溫。
現(xiàn)對(duì)本鋁硅系新鋁合金材料主要元素的作用機(jī)理說(shuō)明如下硅的含量為10～13％，形成典型的共晶體鋁合金，具有比代號(hào)ZL101、ZL104好的流動(dòng)性，具有和代號(hào)ZL102一樣良好的鑄造性能。
鎂的含量為0.25～0.45％，鎂的主要作用是與硅形成硅化二鎂(Mg2Si)相，固溶處理時(shí)溶入基體，時(shí)效時(shí)析出，使晶體點(diǎn)陣發(fā)生畸變，強(qiáng)化合金，提高抗拉強(qiáng)度。
錳的含量為0.5～0.8％，其作用是和鐵生成AlFeMnSi，降低鐵的有害作用，同時(shí)使晶體發(fā)生畸變，起強(qiáng)化作用，以提高材料的強(qiáng)度。
本發(fā)明新鋁合金材料，采用高純度的精品鋁作原料，減少雜質(zhì)的含量，在生產(chǎn)過(guò)程中控制了鐵、銅的含量，保證了材料的機(jī)械性能，同時(shí)也使該材料生產(chǎn)出的產(chǎn)品具有良好的抗腐性能。
現(xiàn)對(duì)本發(fā)明新鋁合金材料制作工藝流程說(shuō)明如下一、準(zhǔn)備原材料、工具和輔助材料。
1、準(zhǔn)備好鋁錠、鎂錠、金屬電解錳，所有爐料不允許有油垢、泥沙、冰雪、水份及鐵屑等有害雜質(zhì)，爐料在熔煉前應(yīng)預(yù)熱并保溫。
2、輔助材料也需在一定溫度下烘烤一段時(shí)間。
3、金屬坩堝和熔化工具應(yīng)進(jìn)行清理。
4、對(duì)金屬坩堝要用涂料噴涂至一定厚度。
5、將坩堝予熱至一定溫度，以備加料使用。
二、熔煉1、使用煤氣發(fā)生爐進(jìn)行熔煉。
2、在鋁錠熔化過(guò)程中，分批加入硅、錳。
3、熔化時(shí)，先加一部分料，待熔化后，再加入余料。
4、在高溫下，加入六氯乙烷精煉。
5、為使鋁合金材料晶粒細(xì)化，應(yīng)加入晶粒細(xì)化劑。
6、加入鎂塊，使其熔化。
7、在鋁液表面撒鋪四元變質(zhì)劑。
8、將高效清渣劑撒布在鋁液上面，靜置后攪拌、清渣。
三、爐前檢查1、對(duì)試塊模中澆注的試塊進(jìn)行光譜分析，調(diào)配其成分至合格為止。
2、用熱電偶測(cè)量上述工藝過(guò)程溫度。
3、對(duì)斷口進(jìn)行檢查，變質(zhì)效果良好，則斷口呈銀白色。
四、保溫將上述鋁合金液轉(zhuǎn)移至保溫爐，進(jìn)行一段時(shí)間的保溫。
五、對(duì)上述鋁合金進(jìn)行熱處理1、固熔處理將上述鋁合金裝入鋁合金熱處理電爐中，升溫至固熔溫度，開(kāi)溫階段不得停留冷卻。
2、在水中進(jìn)行淬火。
3、在時(shí)效電爐中進(jìn)行時(shí)效處理。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)對(duì)本發(fā)明電力金具用高強(qiáng)度節(jié)能鋁合金材料具體實(shí)施方式
舉例說(shuō)明如下一、準(zhǔn)備原材料、工具和輔助材料。
1、準(zhǔn)備好純度99.95％以上的鋁錠，純度99.95％以上的鎂錠、純度99.5％以上的金屬電解錳，所要配制的鋁合金原材料按重量比按鋁∶硅∶錳∶鎂＝100∶14∶0.5∶0.8的比例配制。所有爐料不允許有油垢、冰雪、水份、鐵屑等有害雜質(zhì)，爐料熔前預(yù)熱至350～450℃，保溫2～4小時(shí)，爐料每塊不大于10公斤。輔助材料在120～140℃下烘烤2小時(shí)。
2、金屬坩堝和熔化工具的準(zhǔn)備清理一般要求使用固定的坩堝，不宜混用。當(dāng)改用時(shí)，則需洗堝，即用純鋁在坩堝中熔化后鑄錠。用鋼絲刷、鐵鏟等工具清除金屬坩堝和工具表面熔渣等污物或經(jīng)噴砂處理，檢查坩堝，不應(yīng)有裂紋、穿孔、翹曲和明顯的變形。
預(yù)熱將坩堝予熱呈暗紅色。
噴涂用涂料噴涂坩堝，噴涂要求均勻，不露出鐵質(zhì)表面，厚度約為0.1～1毫米，噴涂完后，預(yù)熱至淡黃色(約400℃)時(shí)加料或使用，坩堝連續(xù)熔煉相同牌號(hào)合金時(shí)允許每?jī)蔂t噴涂一次。涂料成分配比為氧化鋅∶水玻璃∶水＝45∶8∶100。
二、熔煉1、熔化使用煤氣發(fā)生爐進(jìn)行熔煉，裝料順序?yàn)殇X錠、硅、錳、鎂在鋁錠熔化的過(guò)程中，將硅、錳分批加入，不等鋁錠完全熔化就加入。熔化時(shí)，先加一半爐料，待熔化后再加入余料。
2、精煉、晶粒細(xì)化、變質(zhì)處理。
(1)在溫度700～750℃時(shí)，加入0.5～0.7％六氯乙烷精煉，將其壓入鋁液面下200毫米緩慢游動(dòng)，直到無(wú)氣泡上冒為止，目的是排氣。
(2)晶粒細(xì)化當(dāng)溫度達(dá)到700～750℃時(shí)，用鐘罩壓入0.1～0.3％晶粒細(xì)化劑，在鋁液面下200毫米處緩慢游動(dòng)，處理2～3分鐘。
(3)用鐘罩壓入鎂塊，在鋁液面下200毫米處緩慢游動(dòng)，待其全部熔化。
(4)加入0.6～0.7％四元變質(zhì)劑，將其撒鋪在鋁液表面，待結(jié)殼后，用鐘罩壓入鋁液面下200毫米緩慢游動(dòng)，待其全部熔化，處理時(shí)間為2～3分鐘，靜置時(shí)間為5分鐘。
3、除渣加入0.1～0.3％的ZRGQ高效清渣劑，將其均勻撒布在鋁液上面，靜置3～5分鐘后攪拌，使渣體呈紅色，再清渣。
4、爐前檢查(1)進(jìn)行爐前光譜分析用試塊模澆注試塊，試塊底部直徑為30毫米，上部直徑為40毫米，高度為25毫米，使用光譜分析儀(如阿朗公司的2500型光譜分析儀)對(duì)上述圓柱體試塊進(jìn)行光譜分析，若鋁合金成分不合格，則進(jìn)行調(diào)配，重新化驗(yàn)，達(dá)到要求后再轉(zhuǎn)入下一工序。
(2)用熱電偶測(cè)量溫度(3)進(jìn)行鋁合金斷口檢查變質(zhì)效果良好的斷口呈銀白色，組織細(xì)小，呈絲絨狀；若變質(zhì)過(guò)度，則斷口呈灰色，有閃亮的白點(diǎn)；若變質(zhì)不足時(shí)，則斷口呈暗灰色，有硅的亮點(diǎn)，晶粒粗大。
三、保溫將上述鋁合金液轉(zhuǎn)移至保溫爐，在轉(zhuǎn)移前，對(duì)保溫爐應(yīng)按熔化工具那樣進(jìn)行清理、烘烤、噴涂，達(dá)到要求后備用，保溫時(shí)間在2～4小時(shí)之間。
四、鋁合金熱處理1、固溶處理鋁合金裝在鋁合金熱處理電爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，在熱處理固溶處理時(shí)，裝爐溫度一般在300℃以下，然后進(jìn)行升溫，以100℃/小時(shí)的升溫速度升至固溶溫度為宜，固溶處理溫度為520±5℃。固溶處理中如需階段保溫，在兩個(gè)階段間不允許停留冷卻，需直接升至第二個(gè)階段溫度，固溶處理時(shí)間3～6小時(shí)。
2、淬火處理對(duì)鋁合金固溶處理后，則應(yīng)對(duì)其進(jìn)行淬火處理，以水為淬火介質(zhì)，水溫為20～100℃，淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間控制在25秒，視鋁合金與零件種類而定。
3、時(shí)效處理對(duì)上述鋁合金在時(shí)效電爐內(nèi)進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理溫度為165±5℃，時(shí)效處理時(shí)間為3～20小時(shí)，時(shí)效處理完畢后，以室溫空氣為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻即可。
本發(fā)明新鋁合金材料可廣泛用于電力金具，具有強(qiáng)度高、硬度高、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在鋁合金狀態(tài)T6時(shí)，其抗拉強(qiáng)度為260MPa，伸長(zhǎng)率為2％，布氏硬度HB為100。
本發(fā)明高強(qiáng)度節(jié)能鋁合金材料可用來(lái)制造電力線路上的懸錘、間隔棒、耐張等，以及電站金具，如固定管母線和接續(xù)管母線金具等。
權(quán)利要求
1.一種由鋁、硅、錳、鎂配制的鋁硅系電力金具用高強(qiáng)度節(jié)能鋁合金材料，其特征是硅、鎂、錳百分重量含量分別為10～13％、0.25～0.45％、0.5～0.8％，余量為鋁；爐料熔前預(yù)熱至350～450℃，保溫2～4小時(shí)，熔煉時(shí)，在鋁錠熔化過(guò)程中，分批加入硅、錳；在700～750℃時(shí)，加入0.5～0.7％六氯乙烷精煉；用鐘罩壓入0.1～0.3％晶粒細(xì)化劑，處理2～3分鐘；用鐘罩壓入鎂塊，待其全部熔化，在鋁液表面，加入0.6～0.7％四元變質(zhì)劑；加入0.1～0.3％高效清渣劑；在保溫爐保溫2～4小時(shí)；對(duì)鋁合金進(jìn)行固熔處理，然后在20～100℃水溫中淬火25秒，再在時(shí)效電爐中進(jìn)行時(shí)效處理，再冷至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力金具用高強(qiáng)度節(jié)能鋁合金材料，其特征是原材料鋁錠純度在99.95％以上，鎂錠純度在99.95％以上；金屬電解錳純度在99.5％以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力金具用高強(qiáng)度節(jié)能鋁合金材料，其特征是爐料每塊不大于10公斤。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力金具用高強(qiáng)度節(jié)能鋁合金材料，其特征是輔助材料在120～140℃下烘烤2小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力金具用高強(qiáng)度節(jié)能鋁合金材料，其特征是清理、噴涂后的坩堝預(yù)熱至淡黃色后再加料使用，涂料成分配比為氧化鋅∶水玻璃∶水＝45∶8∶100。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力金具用高強(qiáng)度節(jié)能鋁合金材料，其特征是在熔化時(shí)，先加一半爐料，待熔化后再加余料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力金具用高強(qiáng)度節(jié)能鋁合金材料，其特征是將六氯乙烷壓入鋁液面下200毫米緩慢游動(dòng)，直至無(wú)氣泡上冒為止。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力金具用高強(qiáng)度節(jié)能鋁合金材料，其特征是用鐘罩壓入的鎂塊在鋁液面下200毫米處緩慢游動(dòng)，待其全部熔化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力金具用高強(qiáng)度節(jié)能鋁合金材料，其特征是撒鋪在鋁液表面的四元變質(zhì)劑待結(jié)殼后，用鐘罩壓入鋁液面下200毫米緩慢游動(dòng)，待其全部溶化。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力金具用高強(qiáng)度節(jié)能鋁合金材料，其特征是鋁合金固溶處理時(shí)，裝爐溫度在300℃以下，以100℃/每小時(shí)升溫至固溶處理溫度520±5℃，固熔處理時(shí)間3～6小時(shí)；時(shí)效處理溫度為165±5℃，時(shí)效處理時(shí)間為3～20小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明電力金具用高強(qiáng)度節(jié)能鋁合金材料用于制作電力金具產(chǎn)品。本鋁合金材料中硅、鎂、錳百分重量含量分別為10～13％、0.25～0.45％、0.5～0.8％，余量為鋁；其工藝過(guò)程為爐料熔前預(yù)熱至350～450℃，保溫2～4小時(shí)，熔煉時(shí)，在鋁錠熔化過(guò)程中，分批加入硅、錳；在700～750℃時(shí)，加入0.5～0.7％六氯乙烷精煉；用鐘罩壓入晶粒細(xì)化劑，處理2～3分鐘；用鐘罩壓入鎂塊，待其全部熔化，再加四元變質(zhì)劑、高效清渣劑；對(duì)鋁合金再作固熔處理和時(shí)效處理。本鋁合金材料抗拉強(qiáng)度為260MPa，伸長(zhǎng)率為2％，布氏硬度HB為100。可用來(lái)制作電力線路和電站金具。
文檔編號(hào)C22C1/02GK1673402SQ20051003838
公開(kāi)日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2005年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月21日
發(fā)明者孔德春, 張靜華, 吳興峰, 李謀祥 申請(qǐng)人:李謀祥