退火工藝對(duì)8030鋁合金桿性能的影響研究

紀(jì)劍峰 王歡

（新疆眾和股份有限公司 烏魯木齊 830013）

前言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)已成為全球最大的電線電纜生產(chǎn)國(guó)[1-2]。8030鋁合金電纜與純鋁電纜相比抗蠕變性能得到顯著改善，因此在工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域得到越來越廣泛地運(yùn)用[3]。

在國(guó)家加快打造世界一流5G 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)略部署下，8030 鋁合金電纜需求量將迎來爆發(fā)式的增長(zhǎng)。但5G基站對(duì)通訊電纜的要求進(jìn)一步提高，要求具有一定導(dǎo)電率和抗拉強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，具有更優(yōu)秀的加工性能，從而保證可將9.5mm 的鋁合金桿順利拉拔至0.08～0.12mm 的成品，而8030 鋁合金桿的退火工藝是影響加工過程和成品性能參數(shù)的關(guān)鍵[4]。因此本文研究了退火溫度、退火時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)8030鋁合金桿力學(xué)性能的影響，從而為提高8030鋁合金電纜生產(chǎn)技術(shù)的提升提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備

用連鑄連軋機(jī)組采用相同的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出直徑9.5mm 的8030 合金桿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，退火前其物理性能和電性能如下表1所示。

表1 8030鋁合金桿退火前物理性能和電性能

1.2 性能指標(biāo)檢驗(yàn)方法

使用CMT4204 型20KN 微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)，按GB/T 4909.3-2009 的規(guī)定進(jìn)行拉力試驗(yàn)測(cè)試抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，拉力試驗(yàn)機(jī)夾頭移動(dòng)速度為50mm/min。測(cè)量電阻率使用PC360C 型電阻率測(cè)試系統(tǒng)，按GB/T 3048.2-2007 規(guī)定的試驗(yàn)方法測(cè)量電阻率，系統(tǒng)總誤差為±0.15%。

1.3 退火方案設(shè)計(jì)

主要研究退火溫度和退火時(shí)間對(duì)8030鋁合金桿抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和電阻率的影響。所設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的退火溫度間隔為10℃，溫度范圍從320℃至380℃；退火時(shí)間間隔20min，時(shí)間范圍從120min至240min。退火爐溫度曲線及入料、取料操作規(guī)定如下圖1所示。

圖1 退火爐溫度曲線及入料、取料操作規(guī)定

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 退火工藝對(duì)8030合金桿物理性能的影響

退火溫度對(duì)8030合金桿抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響如圖2 所示?？梢钥闯鲭S著退火溫度升高，8030合金桿的抗拉強(qiáng)度不斷降低，伸長(zhǎng)率不斷提高。

8030 合金桿經(jīng)過連鑄連軋的加工變形以后，晶體發(fā)生點(diǎn)陣畸變，造成晶體內(nèi)出現(xiàn)許多點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)、亞晶界等晶體缺陷，晶體內(nèi)部?jī)?chǔ)能增大，存在不穩(wěn)定的組織。通過退火，使位錯(cuò)通過滑移、攀移等方式運(yùn)動(dòng)和位錯(cuò)重新組合，異號(hào)位錯(cuò)對(duì)消，多變化轉(zhuǎn)變亞晶組織，胞狀亞組織轉(zhuǎn)變?yōu)閬喚Я?，?jīng)過退火后這些晶粒全部變成再結(jié)晶晶粒，晶體內(nèi)的存儲(chǔ)能減低，不穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定組織，加工硬化程度降低或消除，抗拉強(qiáng)度不斷降低，同時(shí)伸長(zhǎng)率提高[5]。

圖2 退火溫度對(duì)8030合金桿物理性能的影響（180min）

圖3為退火時(shí)間對(duì)8030合金桿物理性能影響的研究結(jié)果。從圖中可以看出，隨著退火時(shí)間延長(zhǎng)，8030合金桿的抗拉強(qiáng)度不斷降低，伸長(zhǎng)率不斷提高，但退火時(shí)間延長(zhǎng)至200min以后趨勢(shì)顯著減緩。含有大量晶體缺陷的8030 合金桿入爐后，不穩(wěn)定的晶體缺陷快速的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)變，在退火時(shí)間大約在200min時(shí)幾乎所有的變化完成，加工硬化基本得到全部消除，因此再延長(zhǎng)時(shí)間抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率不再發(fā)生大的變化。

圖3 退火時(shí)間對(duì)8030合金桿物理性能的影響（350℃）

2.2 退火工藝對(duì)8030合金桿電性能的影響

圖4 退火溫度對(duì)8030合金桿電阻率的影響（180min）

圖4 為退火溫度對(duì)8030 合金桿電阻率的影響?？梢钥闯鐾嘶饻囟葘?duì)8030合金桿的電阻率影響十分顯著，在350℃以下，隨著退火溫度的升高，電阻率顯著減??；在350℃以上，隨著退火溫度的升高，電阻率顯著增大。是因在350℃以下為合金進(jìn)行不完全再結(jié)晶，晶體中位錯(cuò)等晶體缺陷沒有完全消除，350℃退火晶體已經(jīng)進(jìn)行了完全再結(jié)晶，晶體缺陷的密度迅速下降，電阻率不斷降低。當(dāng)退火溫度高于350℃，達(dá)到了金屬的再結(jié)晶溫度，金屬由回復(fù)階段進(jìn)入再結(jié)晶過程，合金中第二相溶解的數(shù)量和過飽和固溶體濃度增加，導(dǎo)致基體晶格畸變區(qū)變大，電子散射源的數(shù)量增加，導(dǎo)電電子的平均自由程變小，因此電阻率增大[6-7]。

退火時(shí)間對(duì)8030合金桿電阻率的影響如圖5所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著退火時(shí)間延長(zhǎng)，8030合金桿的電阻率先快速降低，但退火時(shí)間延長(zhǎng)至200min 以后基本保持不變。這一規(guī)律產(chǎn)生的原因是8030合金桿內(nèi)的晶體缺陷在退火時(shí)間大約200min左右完成修復(fù)，再延長(zhǎng)時(shí)間電阻率將不再發(fā)生變化。

圖5 退火時(shí)間對(duì)8030合金桿電阻率的影響（350℃）

3 結(jié)論

以連鑄連軋法生產(chǎn)的8030 合金桿為研究對(duì)象，在320℃至380℃、120min 至280min 范圍內(nèi)研究了退火溫度、退火時(shí)間對(duì)8030 鋁合金桿物理性能和電性能的影響，得出以下結(jié)論：

（1）隨著退火溫度升高，8030合金桿的抗拉強(qiáng)度不斷降低，伸長(zhǎng)率不斷提高；電阻率先快速降低再快速升高，拐點(diǎn)為350℃。

（2）隨著退火時(shí)間延長(zhǎng)，8030合金桿的抗拉強(qiáng)度不斷降低，伸長(zhǎng)率不斷提高；電阻率先快速降低，200min以后保持不變。