铝及铝镁合金导电杆连续铸挤成形实验与工艺研究

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我国的铝资源极其丰富,而且铝合金在很多方面的用途很广泛。随着铜资源的相对匮乏,用金属铝及其铝合金替代纯铜做导电材料已成为一种趋势。连续铸挤工艺是一种节能、高效、设备投资相对较小的生产技术,如果能将其成功应用在铝及铝镁合金棒、线的商业化生产中,将明显地降低产品的成本,同时,通过连续铸挤成形制备的产品性能更加优于连铸连轧制备的产品,对铝及铝镁合金导电材料的开发和使用具有重要的实际意义。本文结合连续铸挤成形原理,以铝及铝镁合金为研究对象,研究了铝及铝镁合金连续铸挤成形工艺,探讨了铝及铝镁合金连续铸挤成形中的金属流动性规律,并对铸挤生产线中有关熔体净化、定量浇注设备进行了相应选型和初步研究,也对现有铸挤设备进行了改造和工艺参数优化工作,系统分析了后续拉拔过程中产生断裂与白点产生的原因,得到了以下成果:(1)通过连续铸挤理论分析和实验研究,在东北大学实验室现有连续铸挤实验设备(DZJ300)的基础上,经过了变频调速改造、轮系改造、冷却系统改造,增加了定量浇注系统,以及可编程控制技术的应用(PLC),实现铸挤工艺参数的量化与过程控制,保证连续凝固与成形过程的稳定性,为铝及铝镁合金导电材料实验和产品中试验提供了良好的装备条件。(2)通过连续铸挤力能计算和实验研究,并在综合评价了制品组织、性能、产量和能耗的基础上,得到了连续铸挤工艺制备A1及Al-3Mg导线的最佳工艺条件分别是:Al-3Mg导线铸挤过程的轮子转速为1Or/min,辊靴间隙为0.7mm,浇注温度为675℃~685℃,最佳冷却方式为在线水冷;A1导线铸挤过程的轮子转速为14r/min,辊靴间隙为0.9mm,浇注温度为720℃~740℃,最佳冷却方式也是在线水冷。上述优化结果在保证铸挤顺利进行,制品不出现周期裂纹,其力学性能和电器性制品满足要求,并具有较高出线速度的前提下,降低了能耗,节约了能源。(3)为提高生产效率,采用了多孔模结构设计。对此,对金属的流动性进行了分析。由于死区和温度差的存在,导致金属流动性不均。因此,在铸挤过程中,通过对模具采用不等长定径带设计,提高金属的流动的均匀性。同时,采用模具扩展方式增加了微挤压筒尺寸,提高了挤压变形程度,进一步细化了晶粒组织,获得了具有良好力学性能指标的Al及Al-3Mg导线制品,其力学性能指标分别为:Al导线的抗拉强度σ=90Mpa,延伸率6=35%,硬化指数n=0.21;Al-3Mg导线的抗拉强度σ=126Mpa,延伸率δ=36%,硬化指数n=0.26;因连续铸挤的Al及Al-3Mg导线制品的塑性好,硬化指数高(连铸连轧杆的延伸率8=18%,硬化指数n=0.08),特别适合后续道次大变形量拉拔过程。同时,Al及Al-3Mg导线导电率指标分别均符合电工铝导线标准的相应要求。(4)为配合后续铜包铝芯线的拉拔过程,研究了Cu/Al界面的结合情况和铝杆中杂质与气孔的分布形态,发现存在杂质和气孔时,会造成细线拉拔过程断线,熔体净化处理是Al及Al-3Mg导线生产工艺过程的重要环节,因此,对熔体净化设备进行了相应选型和初步研究,提高了产品的拉拔性能,同时,对铜包铝导线表面白点现象进行了分析,发现“白点”现象是由于铜包铝导线先发生小孔腐蚀后产生电偶腐蚀造成的。
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