鑄軋1060鋁合金干式變壓器用鋁帶工藝研究

魏繼承

(東北輕合金有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150060)

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)變壓器用量大增，干式變壓器需用量增幅更大。干式變壓器較油式變壓器具有如下幾方面優(yōu)點(diǎn):成本低、壽命長;阻燃性好、安全性高;噪音低、損耗低;體積小、重量輕、安裝檢修方便、巡檢維護(hù)頻次少費(fèi)用低;局部效電值低、抗短路能力強(qiáng)、耐雷電沖擊能力強(qiáng)、過負(fù)載能力強(qiáng)、可靠性高;全鋁干式變壓器抗開裂性能好等優(yōu)點(diǎn)。干式變壓器用鋁帶，以前一直用熱軋1060鋁合金坯料生產(chǎn)。隨著對降低成本的需求，對鑄軋1060鋁合金卷取代熱軋卷進(jìn)行了工藝研究。本次試驗(yàn)的目的是用鑄軋卷生產(chǎn)干式變壓器用鋁帶，選用不同的坯料厚度，找到合理的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出表面質(zhì)量好、電導(dǎo)率合格滿足用戶需求的產(chǎn)品。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

①鑄軋1060鋁合金內(nèi)標(biāo)規(guī)定的化學(xué)成分見表1

表1 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))%

②實(shí)際取樣分析得到的化學(xué)成分見表2。

表2 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))%

③坯料厚度及寬度

7.0 mm×830mm 3卷

8.5 mm×830mm 3卷

1.2 工藝流程

7.0 mm、8.5mm鑄軋坯料——冷軋——拉彎矯直——剪切——成品退火

1.3 技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)見表3

表3

1.4 取樣先在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行小樣退火試驗(yàn)

退火溫度:200℃，220℃，240℃，260℃，280℃，300℃，320℃，340℃，360℃，380℃;加熱11小時，保溫時間1小時。根據(jù)小樣退火試樣試驗(yàn)和檢驗(yàn)結(jié)果確定批量退火制度。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 坯料軋制成品不同退火溫度及不同方向的性能見表4，力學(xué)性能隨溫度變化的曲線見圖1

表4

圖1 鑄軋1060鋁帶力學(xué)性能隨溫度變化曲線

2.2 坯料軋制成品不同退火溫度及不同方向的屈強(qiáng)比見表5，屈強(qiáng)比隨溫度變化曲線見圖2

圖2 鑄軋1060鋁帶屈強(qiáng)比隨溫度變化曲線

表5

2.3 不同溫度偏光組織見圖3

圖3 鑄軋1060鋁帶不同溫度退火后的偏光組織

3 分析討論

3.1 數(shù)據(jù)分析

從表4及圖1中可以看出隨著退火溫度的不斷變化，320℃時材料拉伸性能都已達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。從表中電導(dǎo)率的對比分析可以看出，8.5mm厚的鑄軋坯料軋制成品比7.0mm厚的坯料軋制的成品電導(dǎo)率高，這是由于生產(chǎn)8.5 mm的鑄軋卷相對過冷度減小，鑄軋后所獲得的過飽和固溶體濃度相對降低，金屬產(chǎn)生的晶格畸變減少，所以電導(dǎo)率相對增加，從而達(dá)到了降低成本，使用鑄軋卷生產(chǎn)干式變壓器用鋁帶，能充分滿足用戶所要求的表面、力學(xué)性能和電導(dǎo)率。

從表4還可看出，完全再結(jié)晶狀態(tài)比加工組織電導(dǎo)率高。

從表5及圖2中看出0度、90度及45度，隨著退火溫度的不斷升高，屈強(qiáng)比降低，在溫度達(dá)到360～380℃時各個方向的屈強(qiáng)比不但最小而且相當(dāng)。

因此確定成品的退火制度為定溫390℃，加熱11小時，保溫1小時，出爐空冷。

3.2 組織分析

從圖3偏光照片上可以看出組織隨溫度發(fā)生變化，隨著溫度的升高內(nèi)部組織由塑性變形纖維組織向再結(jié)晶組織轉(zhuǎn)變。從偏光照片中可以看出金相組織在300℃全部變?yōu)榫鶆蚣?xì)小的再結(jié)晶組織，在溫度340℃鋁材表層的晶粒開始長大，在溫度達(dá)到380℃時晶粒急劇長大。成品退火溫度選擇在晶粒長大階段，因?yàn)榫Я４缶Ы缦鄬p少，金屬內(nèi)的晶格畸變相對減少，電子運(yùn)動的阻力相對減少，因此電導(dǎo)率相對提高。電導(dǎo)率隨溫度提高而升高的原因是:材料在由低溫向高溫轉(zhuǎn)變的過程中，其組織發(fā)生由恢復(fù)過程向部分再結(jié)晶和完全再結(jié)晶轉(zhuǎn)變，在恢復(fù)過程中，材料的位錯在減少，晶格畸變得到一定的復(fù)位，使電導(dǎo)率有所提高，當(dāng)發(fā)生再結(jié)晶時，位錯削除量較大，電導(dǎo)率提高較大;當(dāng)完全再結(jié)晶時，材料電導(dǎo)率趨于平緩，隨著晶粒的長大，組織中的雜質(zhì)有聚集、析出現(xiàn)象發(fā)生，電導(dǎo)率也有所提高。

3.3 屈強(qiáng)比及晶粒尺寸形狀對材料力學(xué)性能的影響

從理論上講屈強(qiáng)比(σ0.2/σb)小，則成形極限高，其次影響力學(xué)性能的因素還有晶粒的大小、形狀和織構(gòu)，當(dāng)晶粒尺寸增大時，屈服極限降低，屈強(qiáng)比(σ0.2/σb)也隨之減小。由此可見晶粒尺寸增大時可使鋁材使用性能提高。

3.4 異向性對材料使用性能的影響

材料的異向性決定材料的使用性能，綜合表4、表5及圖1、圖2可以看出360℃以下材料的織構(gòu)還是變形織構(gòu)強(qiáng)于再結(jié)晶織構(gòu)。在高于360℃時，再結(jié)晶織構(gòu)明顯增強(qiáng)。通過批量的性能測定，抗拉強(qiáng)度(σb)為83～92MPa，延伸率(δ)為32～34%，達(dá)到了指標(biāo)的要求。經(jīng)用戶使用檢測，各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足使用的要求，達(dá)到了代替熱軋坯料的目的。

4 結(jié)論

①鑄軋1060合金O狀態(tài)的干式變壓器用鋁帶生產(chǎn)工藝確定為8.5mm坯料鑄軋——冷軋——拉彎矯直——剪切——成品退火;

②成品退火工藝為爐氣定溫390℃，加熱11小時，保溫1小時，出爐空冷。