Материал для кабеля на основе алюминиевого сплава с высокой степенью удлинения и способ его получения


 


Владельцы патента RU 2550063:

АНЬХУЙ ДЖОЙСЕНСИС КЭЙБЛ КО., ЛТД. (CN)

Изобретение относится к материалу для кабелей на основе алюминиевого сплава и способу его получения. Сплав на основе алюминия содержит, мас.%: 0,3-1,2 Fe, 0,03-0,10 Si, 0,01-0,30 редкоземельных элементов Ce и La, неизбежные примеси - менее 0,3 и алюминий - остальное, причем содержание в примесях Ca составляет 0,02%, а содержание любого другого примесного элемента - 0,01%. Способ получения сплава включает приготовление расплава путем расплавления 92-98 мас.ч. алюминиевого сплава, содержащего 0,07-0,12% Si и 0,12-0,13% Fe, и 0,73-5,26 мас.ч. сплава Al-Fe с содержанием Fe - 20-24%, нагревание расплава до 720-760°С, добавление 1-3 мас.ч. сплава Al - 9-11% редкоземельных элементов Ce и La и 0,17-0,67 мас.ч. сплава Al - 3-4% B, добавление 0,04-0,06 мас.ч. рафинирующего агента и рафинирование в течение 8-20 мин, выдержку при температуре в течение 20-40 мин, литье и последующий полуотжиг при температуре 280-380°С в течение 4-10 часов с естественным охлаждением до температуры окружающей среды. Проводник, изготовленный из алюминиевого сплава, имеет высокую степень удлинения и обладает хорошей безопасностью и стабильностью при применении. 2 н. и 4 з. п. ф-лы. 4 пр.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области материалов на основе цветных металлов, в частности к материалу для кабелей на основе алюминиевого сплава с высоким удлинением и способу его получения.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время в большинстве проводов и кабелей используют медь в качестве проводника. Однако из-за редких ресурсов меди, высокой стоимости медного материала и высокой стоимости установки медных кабелей производство проводов и кабелей ограничено. Вследствие обильных ресурсов алюминия и низкой стоимости алюминиевого материала будет развиваться тенденция к замене меди алюминием в качестве проводника для проводов и кабелей.

Описание изобретения

Техническая проблема

Однако при использовании традиционного ЕС-алюминия (электротехнический) в качестве проводника для замены меди удлинение, гибкость и сопротивление ползучести проводов и кабелей слабые, а безопасность и стабильность применения неудовлетворительные. Следовательно, замена меди традиционным ЕС-алюминием в качестве проводника не может отвечать требованию производства проводов и кабелей.

Краткое описание изобретения

Целью настоящего изобретения является получение материала для кабелей на основе алюминиевого сплава с высоким удлинением. При применении указанного материала на основе алюминиевого сплава согласно настоящему изобретению в качестве проводника, проводов и кабелей имеют высокую степень удлинения и их можно безопасно и стабильно использовать.

Для достижения вышеуказанной цели согласно настоящему изобретению используют следующее техническое решение: материал на основе алюминиевого сплава с высоким удлинением для кабелей, содержащий следующие компоненты: Fe: 0,30-1,20 мас.%, Si: 0,03-0,10 мас.%, редкоземельные элементы (т.е. Се и La): 0,01-0,30 мас.%, а оставшуюся часть составляет Al и неизбежные примеси.

Другая цель настоящего изобретения заключается в предложении способа получения материала на основе алюминиевого сплава с высоким удлинением, включающего следующие стадии:

1) литье из расплава

сначала добавление сплава Al, содержащего Si и Fe, в 92-98 массовых частях (мас.ч.) и сплава Al-Fe в 0,73-5,26 мас.ч., и нагревание до 710-750°C с расплавлением; затем нагревание до 720-760°С, добавление сплава редкоземельные элементы-Al в 1-3 мас.ч. и сплава B-Al в 0,17-0,67 мас.ч., при этом указанный сплав редкоземельные элементы-Al представляет собой сплав Al и редкоземельных элементов (Се и La); затем добавление рафинирующего агента в 0,04-0,06 мас.ч. и рафинирование в течение 8-20 минут; затем выдерживание при температуре в течение 20-40 минут, а затем литье;

2) полуотжиг

выдерживание алюминиевого сплава, полученного путем литья при 280-380°С в течение 4-10 часов, а затем выемка и охлаждение естественным путем до температуры окружающей среды.

Указанный материал на основе алюминиевого сплава дополнительно содержит неизбежные примесные элементы, общее содержание которых в материале на основе алюминиевого сплава составляет менее 0,3 мас.%.

Кроме того, содержание Са в примесях составляет менее 0,02 мас.%, а содержание любого другого примесного элемента составляет менее 0,01% для того, чтобы уменьшать влияние примесных элементов на проводимость материала на основе алюминиевого сплава.

Материал на основе алюминиевого сплава с высоким удлинением для кабелей, получаемый согласно настоящему изобретению, представляет собой материал на основе сплава Al-Fe нового вида, обладающий следующими преимуществами:

1) Содержание Fe согласно настоящему изобретению контролируют таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне 0,30-1,20%; таким образом, прочность алюминиевого сплава может быть увеличена и сопротивление ползучести, и термическая стабильность алюминиевого сплава также могут быть улучшены. Сопротивление ползучести повышено на 300% по сравнению с традиционным ЕС-алюминиевым материалом; кроме того, Fe может повышать жесткость алюминиевого сплава, и коэффициент сжатия материала на основе алюминиевого сплава в процессе сжатия и скручивания может составлять 0,93 или выше, который не может быть достигнут традиционным ЕС-алюминиевым материалом. По сравнению с проводником, изготовленным из ЕС-алюминиевого материала, прессованный проводник, изготовленный из алюминиевого сплава, с тем же внешним диаметром имеет большую площадь сечения, более высокую электропроводность и более высокую стабильность, и более низкую себестоимость.

2) Содержание Si согласно настоящему изобретению контролируют таким образом, чтобы оно находилось в диапазоне 0,03-0,10%, что обеспечивает усиливающее влияние Si на прочность алюминиевого сплава.

3) Редкоземельные элементы согласно настоящему изобретению могут уменьшать содержание Si и, тем самым, уменьшать влияние Fe, в частности Si, на проводимость алюминиевого сплава до очень низкого уровня; более того, добавление редкоземельных элементов улучшает кристаллическую структуру материала на основе алюминиевого сплава и тем самым улучшает технологические свойства материала на основе алюминиевого сплава, а также благоприятно для обработки материала на основе алюминиевого сплава.

4) Редкоземельные элементы согласно настоящему изобретению главным образом представляют собой Се и La, которые могут значительно достигать технических характеристик, описанных в 3).

5) Элемент В согласно настоящему изобретению может реагировать с примесными элементами, такими как Ti, V, Mn, Cr и т.д., и образовывать химические соединения, которые осаждаются, а затем могут быть удалены; следовательно, влияние примесных элементов (например, Ti, V, Mn, Cr и т.д.) на проводимость алюминиевого сплава может быть снижено; таким образом, проводимость алюминиевого сплава может быть улучшена.

6) Сплав служит проводником путем полуотжига, когда алюминиевый сплав получают согласно настоящему изобретению; следовательно, неблагоприятное влияние напряжения на структуру проводника во время процесса волочения и скручивания может быть снижено таким образом, что проводимость может составлять до или даже выше 61% IACS (международный стандарт на отожженную медь) (критерий проводимости проводников, изготовленных из традиционного ЕС-алюминия, составляет 61% IACS); кроме того, отжиг может значительно улучшать удлинение и гибкость материала на основе алюминиевого сплава. Кабели, изготовленные из материала на основе алюминиевого сплава, полученного согласно настоящему изобретению, могут обладать удлинением до 30%, а гибкостью на 25% выше, чем у медных кабелей, и радиусом изгиба до 7 раз больше внешнего диаметра, в то время как радиус изгиба медного кабеля в 15 раз больше внешнего диаметра.

Воплощения настоящего изобретения

Воплощение настоящего изобретения 1

I. Процесс литья из расплава

1. Подбор состава материала

5100 кг слиток алюминия (содержит 0,07% Si и 0,13% Fe), 40,4 кг сплава Al-Fe (содержит 22% Fe), 5,6 кг сплава редкоземельных элементов (содержит 10% редкоземельных элементов), 8,8 кг сплава B-Al (содержит 3,5% В) и 2,3 кг рафинирующего агента (23% Na3Al·F6+47% KCl+30% NaCl).

2. Способ подачи

Во время подачи материала подают сплав Al-Fe в вагранку порциями поровну со слитками алюминия с обеспечением максимально возможного равномерного распределения компонентов.

3. Процесс теплового консервирования

Когда жидкий алюминиевый сплав попадает в печь-миксер, температуру печи контролируют при 710-750°С; когда сплав редкоземельные элементы-Al и сплав B-Al добавляют в жидкий сплав алюминия, температуру печи повышают до 720-760°С и не более 760°С. В данном случае повышение температуры благоприятно для плавления сплава редкоземельные элементы-Al и сплава B-Al и, тем самым, эффект обработки редкоземельных элементов и элемента В может быть улучшен.

4. Обработка редкоземельных элементов и борирующая обработка

4.1 Добавляют 1/3 сплава редкоземельные элементы-Al за 30 минут до заполнения печи-миксера жидким алюминиевым сплавом.

4.2 Добавляют оставшиеся 2/3 сплава редкоземельные элементы-Al и сплав В-Al за 5 минут до заполнения печи-миксера жидким алюминиевым сплавом. Добавление сплава редкоземельные элементы-Al и сплава В-Al осуществляют в разные периоды времени для того, чтобы позволить редкоземельным элементам и элементу В играть полноценную роль для улучшения эффекта.

4.3 Положения подачи сплава редкоземельные элементы-Al и сплава В-Al могут быть равномерно распределены в печи-миксере.

5. Рафинирование (удаление шлака, дегазация, перемешивание и скачивание шлака)

5.1 Для обеспечения гомогенности композиции жидкого алюминиевого сплава во всей печи, жидкий алюминиевый сплав, включая расположенный в угловых положениях печи, следует перемешивать в течение 5 минут.

5.2 Когда печь заполняют жидким алюминиевым сплавом, 2,3 кг порошка рафинирующего агента (23% Na3Al·F6+47% KCl+30% NaCl) вдувают в нижнюю часть жидкого алюминиевого сплава посредством газообразного азота с высокой степенью чистоты в течение 3-5 минут, при этом сопло для выдувания продолжают двигать в нижней части жидкого алюминиевого сплава, чтобы заставить вкрапленный шлак подниматься с газом равномерно вдоль поверхности жидкого алюминиевого сплава. Флотирующий шлак оксида алюминия должен быть полностью удален из печи, чтобы максимально уменьшить число новых примесей, вносимых рафинирующим агентом.

6. Быстрый анализ на месте образца и выдержка, и тепловое консервирование

Когда содержание Fe в жидком алюминиевом сплаве отвечает требованиям после удаления шлака, жидкий алюминиевый сплав выдерживают в течение 20-40 минут.

7. Контроль непрерывного литья и процесса прокатки

7.1 Контроль температуры

7.1.1 Температура литейного ковша: 720-730°С

7.1.2 Температура полос, подаваемых в станок для прокатки: 450-490°С

7.1.3 Конечная температура прокатки алюминиевых стержней: примерно 300°С

7.2 Контроль охлаждающей воды в установке непрерывного литья

Объем воды в разливочных колесах к объему воды вне разливочных колес: 3:2; объем воды для вторичного охлаждения должен быть отрегулирован в соответствии с температурой литых полос.

7.3 Напряжение литейной машины: 60-90 В

7.4 Электрический ток через станок для прокатки: 200-280 А; скорость станка для прокатки: 7,5-8,5 м/мин.

II. Процесс полуотжига

Стержни из алюминиевого сплава, изготовленные из материала на основе алюминиевого сплава, выдерживают в печи для отжига в течение 10 часов при 280-300°С, а затем указанные стержни вынимают и охлаждают до температуры окружающей среды естественным путем.

Материал на основе алюминиевого сплава, полученный таким образом, содержит следующие компоненты, измеренные в массовых процентах: Fe: 0,3%, Si: 0,03%, Се: 0,008%, La: 0,002%, В: 0,005%, Са: 0,015%, Cu: 0,002%, Mg: 0,005%, Zn: 0,002%, Ti: 0,002%, В: 0,005%, Mn: 0,002%, Cr: 0,001%, Al: оставшаяся часть.

Поскольку элемент В реагирует с примесными элементами, такими как Ti, V, Mn, Cr и т.д., и образует химические соединения, которые осаждаются и могут быть удалены, содержание элемента B в полученном материале на основе алюминиевого сплава ниже, чем добавляемое в действительности количество.

Видно, что общее содержание примесей в материале на основе алюминиевого сплава составляет менее 0,3%, при этом содержание любого другого примесного элемента составляет менее 0,01%, за исключением содержания Са, которое составляет менее 0,02%.

Данные тестирования технических характеристик материала на основе алюминиевого сплава с высоким удлинением согласно данному воплощению настоящего изобретения следующие:

Прочность на разрыв и удлинение тестируют в соответствии со способом, описанным в ASTM (Американское общество по испытанию материалов) В577; проводимость тестируют в соответствии со способом, описанным в ASTM B193, гибкость тестируют в соответствии со способом «Измерение частичных разрядов после испытания на изгиб», описанным в GB 12706.1, и характеристику ползучести тестируют в соответствии со способом испытания на ползучесть, описанным в руководстве «Провода и кабели».

Данные технических характеристик материала на основе алюминиевого сплава с высоким удлинением согласно данному воплощению настоящего изобретения следующие: прочность на разрыв: 106 МПа; удлинение: 28%; проводимость: 63,0% IACS; измерение частичных разрядов после 6х тестирования радиуса изгиба: прошел; сопротивление ползучести: выше, чем у ЕС-алюминия на 310%.

Воплощение настоящего изобретения 2

I. Процесс литья из расплава

1. Подбор состава материала

5110 кг слиток алюминия (содержит 0,10% Si и 0,13% Fe), 258 кг сплава Al-Fe (содержит 23,2% Fe), 166,5 кг сплава редкоземельных элементов (содержит 9,8% редкоземельных элементов), 10 кг сплава B-Al (содержит 3,3% В) и 2,3 кг рафинирующего агента (23% Na3Al·F6+47% KCl+30% NaCl).

2. Способ подачи

Во время подачи материала подают сплав Al-Fe в вагранку порциями поровну со слитками алюминия с обеспечением максимально возможного равномерного распределения компонентов.

3. Процесс теплового консервирования

Когда жидкий алюминиевый сплав попадает в печь-миксер, температуру печи контролируют при 710-750°С; когда сплав редкоземельные элементы-Al и сплав B-Al добавляют в жидкий сплав алюминия, температуру печи повышают до 720-760°С и не более 760°С. В данном случае повышение температуры благоприятно для плавления сплава редкоземельные элементы-Al и сплава B-Al и, тем самым, эффект обработки редкоземельных элементов и элемента В может быть улучшен.

4. Обработка редкоземельных элементов и борирующая обработка

4.1 Добавляют 1/3 сплава редкоземельные элементы-Al за 30 минут до заполнения печи-миксера жидким алюминиевым сплавом.

4.2 Добавляют оставшиеся 2/3 сплава редкоземельные элементы-Al и сплава B-Al за 5 минут до заполнения печи-миксера жидким алюминиевым сплавом.

Добавление сплава редкоземельные элементы-Al и сплава В-Al осуществляют в разные периоды времени для того, чтобы позволить редкоземельным элементам и элементу В играть полноценную роль для улучшения эффекта.

4.3 Положения подачи сплава редкоземельные элементы-Al и сплава В-Al могут быть равномерно распределены в печи-миксере.

5. Рафинирование (удаление шлака, дегазация, перемешивание и скачивание шлака)

5.1 Для обеспечения гомогенности композиции жидкого алюминиевого сплава во всей печи, жидкий алюминиевый сплав, включая расположенный в угловых положениях печи, должен быть перемешан в течение 5 минут.

5.2 Когда печь заполняют жидким алюминиевым сплавом, 2,3 кг порошка рафинирующего агента (23% Na3Al·F6+47% KCl+30% NaCl) вдувают в нижнюю часть жидкого алюминиевого сплава посредством газообразного азота с высокой степенью чистоты в течение 3-5 минут, при этом сопло для выдувания продолжают двигать в нижней части жидкого алюминиевого сплава, чтобы заставить вкрапленный шлак подниматься с газом равномерно по поверхности жидкого алюминиевого сплава. Флотирующий шлак оксида алюминия должен быть полностью удален из печи, чтобы максимально уменьшить число новых примесей, вносимых рафинирующим агентом.

6. Быстрый анализ на месте образца и выдержка, и тепловое консервирование

Когда содержание Fe в жидком алюминиевом сплаве отвечает требованиям после удаления шлака, жидкий алюминиевый сплав выдерживают в течение 20-40 минут.

7. Контроль непрерывного литья и процесса прокатки

7.1 Контроль температуры

7.1.1 Температура литейного ковша: 720-730°С

7.1.2 Температура полос, подаваемых в станок для прокатки: 450-490°С

7.1.3 Конечная температура прокатки алюминиевых стержней: примерно 300°С

7.2 Контроль охлаждающей воды в установке непрерывного литья

Объем воды в разливочных колесах к объему воды вне разливочных колес: 3:2; объем воды для вторичного охлаждения должен быть отрегулирован в соответствии с температурой литых полос.

7.3 Напряжение литейной машины: 60-90 В

7.4 Электрический ток через станок для прокатки: 200-280 А; скорость станка для прокатки: 7,5-8,5 м/мин.

II. Процесс полуотжига

Стержни из алюминиевого сплава, изготовленные из материала на основе алюминиевого сплава, выдерживают в печи для отжига в течение 4 часов при 360-380°С, а затем указанные стержни вынимают и охлаждают до температуры окружающей среды естественным путем.

Материал на основе алюминиевого сплава, полученный таким образом, содержит следующие компоненты, измеренные в массовых процентах: Fe: 1,2%, Si: 0,08%, Се: 0,019%, La: 0,10%, В: 0,004%, Са: 0,01%, Cu: 0,002%, Mg: 0,004%, Zn: 0,003%, Ti: 0,002%, V: 0,002%, Mn: 0,005%, Cr: 0,002%, Al: оставшаяся часть.

Поскольку элемент В реагирует с примесными элементами, такими как Ti, V, Mn, Cr и т.д., и образует химические соединения, которые осаждаются и могут быть удалены, содержание элемента B в полученном материале на основе алюминиевого сплава ниже, чем добавляемое в действительности количество.

Видно, что общее содержание примесей в материале на основе алюминиевого сплава составляет менее 0,3%, при этом содержание любого другого примесного элемента составляет менее 0,01%, за исключением содержания Са, которое составляет менее 0,02%.

Данные тестирования технических характеристик материала на основе алюминиевого сплава с высоким удлинением согласно данному воплощению настоящего изобретения следующие:

Прочность на разрыв и удлинение тестируют в соответствии со способом, описанным в ASTM В577; проводимость тестируют в соответствии со способом, описанным в ASTM B193, гибкость тестируют в соответствии со способом «Измерение частичных разрядов после испытания на изгиб», описанным в GB 12706.1, и характеристику ползучести тестируют в соответствии со способом испытания на ползучесть, описанным в руководстве «Провода и кабели».

Данные технических характеристик материала на основе алюминиевого сплава с высокой проводимостью, высоким удлинением, высокой гибкостью и высоким сопротивлением ползучести согласно данному воплощению настоящего изобретения следующие: прочность на разрыв: 92 МПа; удлинение: 36%; проводимость: 61,0% IACS; измерение частичных разрядов после 7х тестирования радиуса изгиба: прошел; сопротивление ползучести: выше, чем ЕС-алюминия на 330%.

Воплощение настоящего изобретения 3

I. Процесс литья из расплава

1. Подбор состава материала

5125 кг слиток алюминия (содержит 0,12% Si и 0,12% Fe), 107 кг сплава Al-Fe (содержит 21,9% Fe), 118 кг сплава редкоземельных элементов (содержит 10,1% редкоземельных элементов), 14,8 кг сплава B-Al (содержит 3,0% В) и 2,8 кг рафинирующего агента (23% Na3Al·F6+47% KCl+30% NaCl).

2. Способ подачи

Во время подачи материала подают сплав Al-Fe в вагранку порциями поровну со слитками алюминия с обеспечением максимально возможного равномерного распределения компонентов.

3. Процесс теплового консервирования

Когда жидкий алюминиевый сплав попадает в печь-миксер, температуру печи контролируют при 710-750°С; когда сплав редкоземельные элементы-Al и сплав B-Al добавляют в жидкий сплав алюминия, температуру печи повышают до 720-760°С и не более 760°С. В данном случае повышение температуры благоприятно для плавления сплава редкоземельные элементы-Al и сплава B-Al и эффект обработки редкоземельных элементов и элемента В может быть улучшен.

4. Обработка редкоземельных элементов и борирующая обработка

4.1 Добавляют 1/3 сплава редкоземельные элементы-Al за 30 минут до заполнения печи-миксера жидким алюминиевым сплавом.

4.2 Добавляют оставшиеся 2/3 сплава редкоземельные элементы-Al и сплав В-Al за 5 минут до заполнения печи-миксера жидким алюминиевым сплавом.

4.3 Положения подачи сплава редкоземельные элементы-Al и сплава B-Al могут быть равномерно распределены в печи-миксере.

5. Рафинирование (удаление шлака, дегазация, перемешивание и скачивание шлака)

5.1 Для обеспечения гомогенности композиции жидкого алюминиевого сплава во всей печи, жидкий алюминиевый сплав, включая расположенный в угловых положениях печи, следует перемешивать в течение 5 минут.

5.2 Когда печь заполняют жидким алюминиевым сплавом, 2,8 кг порошка рафинирующего агента (23% Na3Al·F6+47% KCl+30% NaCl) вдувают в нижнюю часть жидкого алюминиевого сплава посредством газообразного азота с высокой степенью чистоты в течение 3-5 минут, при этом сопло для выдувания продолжают двигать в нижней части жидкого алюминиевого сплава, чтобы заставить вкрапленный шлак подниматься с газом равномерно по поверхности жидкого алюминиевого сплава. Флотирующий шлак оксида алюминия должен быть полностью удален из печи, чтобы максимально уменьшить число новых примесей, вносимых рафинирующим агентом.

6. Быстрый анализ на месте образца и выдержка, и тепловое консервирование

Когда содержание Fe в жидком алюминиевом сплаве отвечает требованиям после удаления шлака, жидкий алюминиевый сплав выдерживают в течение 20-40 минут.

7. Контроль непрерывного литья и процесса прокатки

7.1 Контроль температуры

7.1.1 Температура литейного ковша: 720-730°С

7.1.2 Температура полос, подаваемых в станок для прокатки: 450-490°С

7.1.3 Конечная температура прокатки алюминиевых стержней: примерно 300°С

7.2 Контроль охлаждающей воды в установке непрерывного литья

Объем воды в разливочных колесах к объему воды вне разливочных колес: 3:2; объем воды для вторичного охлаждения должен быть отрегулирован в соответствии с температурой литых полос.

7.3 Напряжение литейной машины: 60-90 В

7.4 Электрический ток через станок для прокатки: 200-280 А; скорость станка для прокатки: 7,5-8,5 м/мин.

II. Процесс полуотжига

Стержни из алюминиевого сплава, изготовленные из материала на основе алюминиевого сплава, выдерживают в печи для отжига в течение 8 часов при 300-320°С, а затем указанные стержни вынимают и охлаждают до температуры окружающей среды естественным путем.

Материал на основе алюминиевого сплава, полученный таким образом, содержит следующие компоненты, измеренные в массовых процентах: Fe: 0,55%, Si: 0,10%, Се: 0,15%, La: 0,06%, В: 0,007%, Са: 0,013%, Cu: 0,003%, Mg: 0,004%, Zn: 0,004%, Ti: 0,002%, V: 0,004%, Mn: 0,003%, Cr: 0,002%, Al: оставшаяся часть.

Поскольку элемент В реагирует с примесными элементами, такими как Ti, V, Mn, Cr и т.д., и образует химические соединения, которые осаждаются и могут быть удалены, содержание элемента B в полученном материале на основе алюминиевого сплава ниже, чем добавляемое в действительности количество.

Видно, что общее содержание примесей в материале на основе алюминиевого сплава составляет менее 0,3%, при этом содержание любого другого примесного элемента составляет менее 0,01%, за исключением содержания Са, которое составляет менее 0,02%.

Данные тестирования технических характеристик материала на основе алюминиевого сплава с высоким удлинением согласно данному воплощению настоящего изобретения следующие:

Прочность на разрыв и удлинение тестируют в соответствии со способом, описанным в ASTM B577; проводимость тестируют в соответствии со способом, описанным в ASTM B193, гибкость тестируют в соответствии со способом «Измерение частичных разрядов после испытания на изгиб», описанным в GB 12706.1, и характеристику ползучести тестируют в соответствии со способом испытания на ползучесть, описанным в руководстве «Провода и кабели».

Данные технических характеристик материала на основе алюминиевого сплава с высоким удлинением согласно данному воплощению настоящего изобретения следующие: прочность на разрыв: 106 МПа; удлинение: 30,2%; проводимость: 62,6% IACS; измерение частичных разрядов после 6х тестирования радиуса изгиба: прошел; сопротивление ползучести: выше, чем ЕС-алюминия на 330%.

Воплощение настоящего изобретения 4

I. Процесс литья из расплава

1. Подбор состава материала

5005 кг слиток алюминия (содержит 0,08% Si и 0,13% Fe), 182 кг сплава Al-Fe (содержит 21% Fe), 90,5 кг сплава редкоземельных элементов (содержит 9,8% редкоземельных элементов), 30 кг сплава B-Al (содержит 3,5% В) и 2,0 кг рафинирующего агента (23% Na3Al·F6+47% KCl+30% NaCl).

2. Способ подачи

Во время подачи материала подают сплав Al-Fe в вагранку порциями поровну со слитками алюминия с обеспечением максимально возможного равномерного распределения компонентов.

3. Процесс теплового консервирования

Когда жидкий алюминиевый сплав попадает в печь-миксер, температуру печи контролируют при 710-750°С; когда сплав редкоземельные элементы-Al и сплав B-Al добавляют в жидкий сплав алюминия, температуру печи повышают до 720-760°С и не более 760°С. В данном случае повышение температуры благоприятно для плавления сплава редкоземельные элементы-Al и сплава B-Al и эффект обработки редкоземельных элементов и элемента В может быть улучшен.

4. Обработка редкоземельных элементов и борирующая обработка

4.1 Добавляют 1/3 сплава редкоземельные элементы-Al за 30 минут до заполнения печи-миксера жидким алюминиевым сплавом.

4.2 Добавляют оставшиеся 2/3 сплава редкоземельные элементы-Al и сплав B-Al за 5 минут до заполнения печи-миксера жидким алюминиевым сплавом.

4.3 Положения подачи сплава редкоземельные элементы-Al и сплава B-Al могут быть равномерно распределены в печи-миксере.

5. Рафинирование (удаление шлака, дегазация, перемешивание и скачивание шлака)

5.1 Для обеспечения гомогенности композиции жидкого алюминиевого сплава во всей печи, жидкий алюминиевый сплав, включая расположенный в угловых положениях печи, следует перемешивать в течение 5 минут.

5.2 Когда печь заполняют жидким алюминиевым сплавом, 2,0 кг порошка рафинирующего агента (23% Na3Al·F6+47% KCl+30% NaCl) вдувают в нижнюю часть жидкого алюминиевого сплава посредством газообразного азота с высокой степенью чистоты в течение 3-5 минут, при этом сопло для выдувания продолжают двигать в нижней части жидкого алюминиевого сплава, чтобы заставить вкрапленный шлак подниматься с газом равномерно по поверхности жидкого алюминиевого сплава. Флотирующий шлак оксида алюминия должен быть полностью удален из печи, чтобы максимально уменьшить число новых примесей, вносимых рафинирующим агентом.

6. Быстрый анализ на месте образца и выдержка, и тепловое консервирование

Когда содержание Fe в жидком алюминиевом сплаве отвечает требованиям после удаления шлака, жидкий алюминиевый сплав выдерживают в течение 20-40 минут.

7. Контроль непрерывного литья и процесса прокатки

7.1 Контроль температуры

7.1.1 Температура литейного ковша: 720-730°С

7.1.2 Температура полос, подаваемых в станок для прокатки: 450-490°С

7.1.3 Конечная температура прокатки алюминиевых стержней: примерно 300°С

7.2 Контроль охлаждающей воды в установке непрерывного литья

Объем воды в разливочных колесах к объему воды вне разливочных колес: 3:2; объем воды для вторичного охлаждения должен быть отрегулирован в соответствии с температурой литых полос.

7.3 Напряжение литейной машины: 60-90 В

7.4 Электрический ток через станок для прокатки: 200-280 А; скорость станка для прокатки: 7,5-8,5 м/мин.

II. Процесс полуотжига

Стержни из алюминиевого сплава, изготовленные из материала на основе алюминиевого сплава, выдерживают в печи для отжига в течение 6 часов при 340-360°С, а затем указанные стержни вынимают и охлаждают до температуры окружающей среды естественным путем.

Материал на основе алюминиевого сплава, полученный таким образом, содержит следующие компоненты, измеренные в массовых процентах: Fe: 0,80%, Si: 0,04%, Се: 0,10%, La: 0,06%, В: 0,008%, Са: 0,011%, Cu: 0,005%, Mg: 0,004%, Zn: 0,006%, Ti: 0,003%, V: 0,003%, Mn: 0,005%, Cr: 0,002%, Al: оставшаяся часть.

Поскольку элемент В реагирует с примесными элементами, такими как Ti, V, Mn, Cr и т.д., и образует химические соединения, которые осаждаются и могут быть удалены, содержание элемента B в полученном материале на основе алюминиевого сплава ниже, чем добавляемое в действительности количество.

Видно, что общее содержание примесей в материале на основе алюминиевого сплава составляет менее 0,3%, при этом содержание любого другого примесного элемента составляет менее 0,01%, за исключением содержания Са, которое составляет менее 0,02%.

Данные тестирования технических характеристик материала на основе алюминиевого сплава с высоким удлинением согласно данному воплощению настоящего изобретения следующие:

Прочность на разрыв и удлинение тестируют в соответствии со способом, описанным в ASTM B577; проводимость тестируют в соответствии со способом, описанным в ASTM B193, гибкость тестируют в соответствии со способом «Измерение частичных разрядов после испытания на изгиб», описанным в GB 12706.1, и характеристику ползучести тестируют в соответствии со способом испытания на ползучесть, описанным в руководстве «Провода и кабели».

Данные технических характеристик материала на основе алюминиевого сплава с высоким удлинением согласно данному воплощению настоящего изобретения следующие: прочность на разрыв: 97 МПа; удлинение: 35,2%; проводимость: 62,0% IACS; измерение частичных разрядов после 6х тестирования радиуса изгиба: прошел; сопротивление ползучести: выше, чем ЕС-алюминия на 330%.

1. Материал для кабелей на основе алюминия, отличающийся тем, что он содержит, мас.%: 0,30-1,2 Fe, 0,03-0,10 Si, 0,01-0,30 редкоземельных элементов Ce и La, менее 0,3 неизбежных примесей и алюминий - остальное, причем содержание в примесях Ca составляет менее 0,02%, а содержание любого другого примесного элемента - менее 0,01%.

2. Материал для кабелей на основе алюминия по п.1, в котором содержание Се, выраженное в массовых процентах, составляет 0,005-0,20%, а содержание La составляет 0,001-0,15%.

3. Способ получения материала для кабелей на основе алюминия, включающий получение расплава путем расплавления 92-98 мас.ч. сплава Al, содержащего 0,07-0,12% Si и 0,12-0,13% Fe, и 0,73-5,26 мас.ч. сплава Al-Fe с содержанием Fe - 20-24%, нагревание расплава до 720-760°С, добавление 1-3 мас.ч. сплава Al с 9-11% редкоземельных элементов Ce и La и 0,17-0,67 мас.ч. сплава Al с 3-4% B, добавление 0,04-0,06 мас.ч. рафинирующего агента и рафинирование в течение 8-20 мин, выдерживание при температуре в течение 20-40 мин, литье и последующий полуотжиг при температуре 280-380°С в течение 4-10 часов с естественным охлаждением до температуры окружающей среды.

4. Способ получения материала для кабелей на основе алюминия по п.3, в котором Al и сплав Al-Fe плавят и заливают в печь-миксер, добавляют 1/3 сплава редкоземельные элементы Ce и La -Al за 30 минут до заполнения печи-миксера жидким алюминиевым сплавом и добавляют сплав В-Al и оставшиеся 2/3 сплава редкоземельные элементы Ce и La -Al за 5 минут до заполнения печи-миксера жидким алюминиевым сплавом.

5. Способ получения материала для кабелей на основе алюминия по п.3, в котором порошок рафинирующего агента содержит 23% Na3Al·F6+47% KCl+30% NaCl.

6. Способ получения материала для кабелей на основе алюминия по п.3, в котором в процессе литья температура литейного ковша составляет 720-730°С, температура литых полос, подаваемых в прокатный стан, составляет 450-90°С и температура конечной прокатки составляет 300°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологическому процессу изготовления листовых изделий. .

Изобретение относится к области химического травления металлов и может быть использовано для размерной обработки плоских длинномерных деталей. .

Изобретение относится к химической обработке металлических изделий химическими средствами. .

Изобретение относится к травлению металлов химическими средствами. .

Изобретение относится к хими:ческой обработке металлов, в частности к химическому фрезерованию нержавеющих сталей, .и может быть использовано в различных областях : при изготовлении масок для фотохимического фрезерования.

Изобретение относится к металлургии алюминиевых сплавов и может быть использовано преимущественно для изготовления катанки электротехнического назначения, а также деформированных полуфабрикатов, используемых в строительстве, машиностроении и других областях народного хозяйства.
Изобретение относится к антифрикционным сплавам на основе алюминия и способам их получения. Сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: свинец 20-40, цинк 5-15, алюминий - остальное.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано для изготовления изделий электротехнического назначения, а именно для изготовления проводов, предназначенных для высоковольтных ЛЭП при эксплуатации в районах со сложными климатическими условиями.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным композиционным материалам (ЛКМ) на основе алюминия и его сплавов, и может применяться для изготовления деталей с повышенной жаропрочностью, твердостью и износостойкостью.

Изобретение относится к электрохимическому получению лигатурных алюминий-титановых сплавов и может быть использовано для получения коррозионно-стойких алюминиевых сплавов.

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, применяемым по военному назначению, в частности к способам старения алюминиевых сплавов для достижения улучшенных баллистических характеристик.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к легированию алюминия и сплавов на его основе. В способе осуществляют введение в расплав легирующего компонента в составе порошковой смеси путем продувки смесью в струе транспортирующего газа.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству сплавов на основе алюминия с несмешивающимися компонентами. Способ получения контактным плавлением сплавов на основе алюминия с несмешивающимися компонентами включает приведение в контакт с алюминием двух или более несмешивающихся компонентов и пропускание через зону контакта импульсного тока с плотностью (1-4)×103 А/см2 и длительностью 0,01-1,00 с.

Изобретение относится к электрохимическому получению лигатурных алюминий-циркониевых сплавов. В способе осуществляют анодную гальваностатическую поляризацию циркония с плотностью тока 0,5-4,0 мАсм-2 в течение 1-5 часов в расплавленных хлоридах щелочных металлов или смеси хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, содержащих расплавленный алюминий или алюминий-магниевый сплав, при температуре 700-750°С в атмосфере аргона.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов с металлической матрицей из алюминия или его сплавов, армированных керамическим наполнителем из нитридов или карбидов бора и вольфрамом.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе магния, подходящим для применения при высокой температуре. Способ получения сплава на магниевой основе включает расплавление магния или магниевого сплава с получением жидкой фазы, добавление 0,5-4,0 мас.% СаО на поверхность расплава, поверхностное перемешивание с обеспечением по существу полного расходования СаО в магнии, образование соединения кальция (Са) с металлом или другими легирующими элементами в сплаве на магниевой основе и отверждение расплава.
Наверх