本发明涉及一种铝合金杆及其制备方法和铝合金线的制备方法。
背景技术：
：：现有的家用和类似用途的插头插座用电线一般都是用铜做导体制成的，而在铜资源极度缺乏的中国，“以铝节铜”无异于一场工业革命，随着导体合金化的发展，铝合金线的推出，将带动整个家用电器用铝合金电线行业的迅猛发展。但是现有的铝合金杆做成的铝合金线在制作家用和类似用途的插头插座用电线时，抗蠕变性能差，不耐高温，也不具有较好的弯曲性能和耐冲击性能，延伸率和抗拉强度也达不到家用和类似用途的插头插座用电线所需要的要求。技术实现要素：：本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种具有抗拉强度高、耐高温性能优和拉丝效果好的铝合金杆及其制备方法，该铝合金杆可制备得到具有较好抗蠕变性能、耐高温性能、弯曲性能和耐冲击性能，而且还具有较好的延伸率和抗拉强度的铝合金线，有效的解决了现有技术中存在的问题。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种铝合金杆，所述铝合金杆各组分的重量百分比为：Fe0.1％～2.5％,Mg0.1％～0.8％，所述铝合金杆还包含Cu、Zr、Ni、Mn、Re、Ti、B中的一种或两种以上的混合物，所述混合物的重量百分比为0.005％～2.0％，余量为铝和杂质。所述每种杂质元素重量百分比均＜0.03％，杂质的总重量百分比＜0.10％。一种制备上述铝合金杆的方法，包括下列步骤：(1)合金的处理：将铝液加入保温炉后加热铝液，再分别往铝液中加入Al-Fe中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Re中间合金中的一种或两种以上的混合物及Mg锭，然后电磁搅拌均匀后获得合金熔液；(2)精炼：用氮气作为载体加入精炼剂对保温炉中的合金熔液进行精炼后得合金熔体，然后对得到的合金熔体进行扒渣、静置处理后得混合溶液；(3)铸造：将步骤(2)得到的混合溶液在除气箱里在线除气、经过滤板过滤，然后再连续浇铸得铸坯；(4)轧制：对步骤(3)制得的铸坯进行轧制，轧制过程中调整乳化液压力，轧制得铝合金杆。步骤(1)所述保温炉中铝液的温度为720～750℃；所述保温炉中合金熔液各组分的重量百分比为：Fe含量为0.1％～2.5％,Mg含量为0.1％～0.8％,Cu、Zr、Ni、Mn、Re、Ti、B中的一种或两种以上的混合物的含量为0.005％～2.0％，其他每种杂质元素含量均＜0.03％，杂质含量合计＜0.10％，余量为铝。步骤(1)所述Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为49％～51％，Al-Fe中间合金中Fe的重量百分比为19％～21％，Al-Re中间合金中Re的质量百分比为9％～11％，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为3.5％～4.5％，Al-Mn中间合金中Mn的质量百分比为9％～11％,Al-Ni中间合金中Ni的质量百分比为9％～11％。步骤(2)所述精炼剂为固体精炼剂与氮气混合精炼，所述氮气纯度为99.99％以上，所述精炼剂用量占合金溶液的重量百分比为0.15％～0.25％；精炼过程中合金熔体的温度为730℃～750℃；所述静置时间不少于20分钟。在将步骤(2)得到的混合溶液在除气箱里在线除气前，匀速向步骤(2)得到的混合溶液中加入铝钛硼丝AlTi5B1进行在线细化晶粒，所述AlTi5B1丝中Ti的重量百分比为5％,B的重量百分比为1％，混合溶液中Ti的重量百分比≤0.05％,在线除气氮气的纯度大于99.99％，所述过滤设备为陶瓷过滤板，所述浇铸温度为690℃～720℃，所述铸机的转速为1100～1350转/分，所得铸坯的温度为490℃～530℃。步骤(4)轧制过程中入轧温度为480～520℃，乳化液温度≤50℃，轧机电流为420～480A，终轧温度为260～320℃，轧制所得铝合金杆的规格为φ9.5mm。一种用上述铝合金杆制备铝合金线的方法，包括下列步骤：(1)拉丝：取权利要求1或2所述的规格为φ9.5mm铝合金杆在拉丝机上拉丝，通过铝合金模具将φ9.5mm铝合金杆拉制得φ1.74mm的铝合金丝，然后再在拉丝机上通过拉丝模拉制得φ0.25mm、φ0.30mm、φ0.40mm规格的铝合金单丝A；(2)退火：将步骤(1)制得的铝合金单丝A进行退火处理后制得铝合金单丝B，所述退火温度为200～300℃，退火时间为4～8h，所制得的铝合金单丝B的抗拉强度为95～159MPa，导电率≥60.5IACS，延伸率≥10％，0.2％弹性极限应力为50～70MPa，耐冲击性为10～15j/m，在温度为140℃、120MPa应力条件下，1-100小时的平均蠕变速度为0.6～1.2％/h、90度疲劳弯折次数在30～40区间；(3)成型：将步骤(2)制得的铝合金单丝B经束丝、绝缘、成缆、护套、检验、试验后制得铝合金线。本发明所提供的铝合金杆及其制备方法和铝合金线的制备方法与现有技术相比具有以下优点：1、本发明提供的铝合金杆及其制备方法，通过大量实验筛选出了中间合金的组成、配比以及中间合金的添加顺序，采用按次序加入各中间合金及纯金属的方法来控制各组份含量，可得到符合要求的铝合金杆；另外，通过炉内和在线除气装置，使铝合金液体的含氢量减少到≤0.18ml/100g；通过在线铝钛硼丝细化晶粒，增加了铝合金杆的延伸率。2、采用本发明所述铝合金杆的制备方法制备而成的铝合金杆，具有较好的抗拉强度、耐高温性能和拉丝效果。由于本发明铝合金杆中含有不低于0.1％的Fe可以使铝合金杆具有优异的强度，尽管提高Fe的含量使得铝合金的强度得到增加，但同时也使铝合金杆的导电率和韧性降低，并使得铝合金杆在拉丝过程中容易发生断裂，因此Fe的含量设定不高于2.5％；另外，尽管Fe能够提高强度而不会显著降低导电率，但是添加过高的Fe会使拉丝过程中容易发生断裂，所以Fe的含量优选为0.1％～2.5％之间。除了Fe以外，还可含有Zr、Mn、Cu、Mg、Re、Ti、B等添加元素以提高铝合金杆的强度、韧性和耐冲击性。其中Zr虽然会导致铝合金杆的导电率大幅降低，但它在提高耐热性方面非常有效，且可细化晶粒提高铝合金杆的韧性。Mn虽然也会导致铝合金杆的导电率大幅降低,但也可提高铝合金杆的强度，有效的细化再结晶晶粒，在一定程度上改善铝合金杆的韧性。Ni的加入会在铝合金杆中生成镍化铝AlNi3等金属化合物，呈弥散相分布于基体晶界，具有细化晶粒、填充基体晶界、形成近铝电位金属化合物的多种作用，明显弱化了熔体的表面张力，降低了熔体的黏度，显著提高了熔体流动性及铝合金杆的机械性能。Cu可导致导电率小幅降低，但可以提高强度、耐热温度及拉丝效果。虽然Mg会导致铝合金杆的导电率大幅降低，但其能显著提高铝合金杆的抗拉强度和弹性模量。Re可以提高铝合金杆的导电性能，增加铝合金杆的抗疲劳弯曲性能，提高铝合金杆的加工性能。此外Ti和B在铸造时有使铝合金杆的晶体结构细化的效果。微细晶体结构可使强度及韧性得以增加，为了具有充分的细化晶体结构，优选的是Ti的含量在0.1‰～0.5‰之间，B的含量在0.01‰～0.05‰之间。当Ti的含量高于0.5‰、B的含量高于0.05‰时会使细化效果饱和，或造成导电率降低。3、采用本发明所述的铝合金线的制备方法，由于在制备过程中将铝合金单丝通过退火分批次热处理，大大提高了铝合金线的弯曲性能及延伸率，增加了铝合金线的导电率。具体实施方式：下面结合实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不仅限于此。实施例1一重3000kg的铝合金杆，其各组分的重量百分比如下表所示：组分FeMgZrCuReMn+NiAl杂质重量(Kg)4515/4.8//2933.71.5重量百分比(％)1.50.5/0.16//97.790.05上表所述的铝合金杆中，由于添加了重量百分比为0.16％的Cu，虽然导致了铝合金杆的导电率有小幅降低，但其大大提高了铝合金杆的强度、耐热温度及拉丝效果。一种制备上述铝合金杆的方法，采用如下操作步骤：(1)合金的处理：将上述重量的铝液加入保温炉中后加热铝液，使保温炉中铝液的温度控制在720℃，再分别往保温炉中的铝液中加入Al-Fe中间合金、Al-Cu中间合金及Mg锭，其中，Al-Fe中间合金中Fe的重量百分比为19％，Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为49％，然后电磁搅拌均匀后获得合金熔液；(2)精炼：用纯度为99.99％以上的氮气作为载体加入精炼剂对保温炉中的合金熔液进行精炼后得合金熔体，所述精炼剂用量占合金溶液的重量百分比为0.15％；精炼过程中合金熔体的温度控制在730℃；然后对得到的合金熔体进行扒渣、静置20分钟后得混合溶液；(3)铸造：将步骤(2)得到的混合溶液在除气箱里在线除气，所述在线除气用氮气的纯度大于99.99％，用陶瓷过滤板过滤，控制浇铸温度为690℃、浇注机转速为1100转/分，连续浇铸得到温度为500℃的铸坯；(4)轧制：对步骤(3)制得的铸坯在入轧温度为480℃、轧机电流为420A、终轧温度为260℃的条件下进行轧制，轧制过程中调整乳化液压力，使乳化液温度为50℃，轧制所得铝合金杆的规格为φ9.5mm。一种铝合金线的制备方法，包括下列步骤：(1)拉丝：上述制得的规格为φ9.5mm的铝合金杆在十三模分电机拉丝机上拉丝，通过铝合金模具将φ9.5mm铝合金杆一次性拉制得φ1.74mm的铝合金丝，然后再在小型拉丝机上通过拉丝模拉制得φ0.25mm、φ0.30mm、φ0.40mm等规格的铝合金单丝；本实施例所述的铝合金杆在拉制过程中，其断头率较未添加Cu元素时减少50％以上。(2)退火：将步骤(1)制得的铝合金单丝进行退火处理后制得铝合金单丝，所述退火温度为200℃，退火时间为4h，所制得的铝合金单丝的抗拉强度为95MPa，导电率为61.3IACS，延伸率为10％，0.2％弹性极限应力为50MPa，耐冲击性为10j/m，在温度为140℃、120MPa应力条件下，1-100小时的平均蠕变速度为1.2％/h、90度疲劳弯折次数为30次；(3)成型：将步骤(2)制得的铝合金单丝经束丝、绝缘、成缆、护套、检验、试验后制得铝合金线。实施例2一重3000kg的铝合金杆，其各组分的重量百分比如下表所示：组分FeMgZrCuReMn+NiAl杂质重量(Kg)10.59/4.8/0.92973.61.2重量百分比(％)0.350.3/0.16/0.0399.120.04上表所述的铝合金杆中，优先添加上述所示重量的Mn和Ni,Mn虽然会导致铝合金杆的导电率大幅降低,但可提高铝合金杆的强度，有效的细化再结晶晶粒，一定程度上改善了铝合金杆的韧性；Ni的加入会在铝合金杆中生成镍化铝AlNi3等金属化合物，呈弥散相分布于基体晶界，具有细化晶粒、填充基体晶界、形成近铝电位金属化合物的多种作用，明显弱化了熔体的表面张力，降低了熔体的黏度，显著提高了熔体流动性及铝合金杆的机械性能。一种制备上述铝合金杆的方法，采用如下操作步骤：(1)合金的处理：将上述重量的铝液加入保温炉中后加热铝液，使保温炉中铝液的温度控制在730℃，再分别往铝液中加入Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金，Al-Ni中间合金，Al-Cu中间合金及Mg锭，其中，Al-Fe中间合金中Fe的重量百分比为20％，Al-Mn中间合金中Mn重量百分比为9％，Al-Ni中间合金中Ni的重量百分比为9％，Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50％，然后电磁搅拌均匀后获得合金熔液；(2)精炼：用纯度为99.99％以上的氮气作为载体加入精炼剂对保温炉中的合金熔液进行精炼后得合金熔体，所述精炼剂用量占合金溶液的重量百分比为0.18％；精炼过程中合金熔体的温度控制在735℃；然后对得到的合金熔体进行扒渣、静置25分钟后得混合溶液；(3)铸造：将步骤(2)中得到的混合溶液在除气箱里在线除气，所述在线除气用氮气的纯度大于99.99％，用陶瓷过滤板过滤，控制浇铸温度为700℃、浇铸机转速为1200转/分，连续浇铸得到温度在510℃的铸坯；(4)轧制：对步骤(3)中制得的铸坯在入轧温度为490℃、轧机电流为430A、终轧温度为270℃的条件下进行轧制，轧制过程中调整乳化液压力，使乳化液温度为40℃，轧制所得铝合金杆的规格为φ9.5mm。一种铝合金线的制备方法，包括下列步骤：(1)拉丝：上述制得的规格为φ9.5mm的铝合金杆在十三模分电机拉丝机上拉丝，再通过铝合金模具将φ9.5mm铝合金杆一次性拉制得φ1.74mm的铝合金丝，然后再在小型拉丝机上通过拉丝模拉制得φ0.25mm、φ0.30mm、φ0.40mm等规格的铝合金单丝。(2)退火：将步骤(1)制得的铝合金单丝进行退火处理后制得铝合金单丝，所述退火温度为220℃，退火时间为5h，所制得的铝合金单丝的抗拉强度为126MPa，导电率为61IACS，延伸率为13％，0.2％弹性极限应力为60MPa，耐冲击性为12j/m，在温度为140℃、120MPa应力条件下，1-100小时的平均蠕变速度为1.04％/h、90度疲劳弯折次数为34次；(3)成型：将步骤(2)制得的铝合金单丝经束丝、绝缘、成缆、护套、检验、试验后制得铝合金线。实施例3一重3000kg的铝合金杆，其各组分的重量百分比如下表所示：组分FeMgZrCuReMn+NiAl杂质重量(Kg)8.47.51.24.2/0.842976.061.8重量百分比(％)0.280.250.040.14/0.02899.2020.06上表所述的铝合金杆中，优先添加上述重量的Zr虽然会导致铝合金杆的导电率大幅降低，但是它在提高铝合金杆的耐热性方面非常有效。一种制备上述铝合金杆的方法，采用如下操作步骤：(1)合金的处理：将上述重量的铝液加入保温炉中后加热铝液，使保温炉中铝液的温度控制在735℃，再分别往铝液中加入Al-Fe中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Cu中间合金及Mg锭，其中，Al-Fe中间合金中Fe的重量百分比为21％，Al-Zr中间合金Zr的重量百分比为3.5％，Al-Mn中间合金Mn的重量百分比为10％，Al-Ni中间合金Ni的重量百分比为10％，Al-Cu中间合金Cu的重量百分比为51％，然后电磁搅拌均匀后获得合金熔液；(2)精炼：用纯度为99.99％以上的氮气作为载体加入精炼剂对保温炉中的合金熔液进行精炼后得合金熔体，所述精炼剂用量占合金溶液的重量百分比为0.2％；精炼过程中合金熔体的温度控制在740℃；然后对得到的合金熔体进行扒渣、静置35分钟后得混合溶液；(3)铸造：将步骤(2)中得到的混合溶液在除气箱里在线除气，所述在线除气用氮气的纯度大于99.99％，用陶瓷过滤板过滤，控制浇铸温度为710℃、浇铸机转速在1350转/分，连续浇铸得到温度在530℃的铸坯；(4)轧制：对步骤(3)中制得的铸坯在入轧温度为520℃、轧机电流为480A、终轧温度为320℃的条件下进行轧制，轧制过程中调整乳化液压力，使乳化液温度为50℃，轧制所得铝合金杆的规格为φ9.5mm。一种铝合金线的制备方法，包括下列步骤：(1)拉丝：上述制得的规格为φ9.5mm的铝合金杆在十三模分电机拉丝机上拉丝，再通过铝合金模具将φ9.5mm铝合金杆一次性拉制得φ1.74mm的铝合金丝，然后再在小型拉丝机上通过拉丝模拉制得φ0.25mm、φ0.30mm、φ0.40mm等规格的铝合金单丝。(2)退火：将步骤(1)制得的铝合金单丝进行退火处理后制得铝合金单丝，所述退火温度为300℃，退火时间为8h，所制得的铝合金单丝的抗拉强度为159MPa，导电率为60.5IACS，延伸率为15％，0.2％弹性极限应力为70MPa，耐冲击性为12j/m，在温度为140℃、120MPa应力条件下，1-100小时的平均蠕变速度为0.82％/h、90度疲劳弯折次数为34次；(3)成型：将步骤(2)制得的铝合金单丝经束丝、绝缘、成缆、护套、检验、试验后制得铝合金线。实施例4一重3000kg的铝合金杆，其各组分的重量百分比如下表所示：组分FeMgZrCuReMn+NiAl杂质重量(Kg)8.17.21.24.85.40.92970.91.5重量百分比(％)0.270.240.040.160.180.0399.030.05上表所述的铝合金杆中，优先添加上述重量的Re可显著提高铝合金杆的导电性能，并且通过Re的加入，可提高铝合金杆的成分过冷，细化合金晶粒，减少铝合金杆中的夹渣及气体含量，减少偏析，消除显微不匀而导致局部腐蚀的作用，同时也带来铝的电极电位负移，具有了牺牲阳极效应和优异的导电性能，从而大大提高了铝的耐腐蚀性能，还可降低熔体表面张力，增加流动性，有利于后续加工，还能提高铝合金杆的抗疲劳弯曲性能，延长铝合金杆的使用寿命。一种制备上述铝合金杆的方法，采用如下操作步骤：(1)合金的处理：将上述重量的铝液加入保温炉中后加热铝液，使保温炉中铝液的温度控制在740℃，再分别往铝液中加入Al-Fe中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Re中间合金、Al-Cu中间合金及Mg锭，其中，Al-Fe中间合金中Fe的重量百分比为21％，Al-Zr中间合金Zr的重量百分比为4.5％，Al-Mn中间合金Mn的重量百分比为10％，Al-Ni中间合金Ni的重量百分比为10％，Al-Cu中间合金Cu的重量百分比为49％，Al-Re中间合金Re的重量百分比为11％，然后电磁搅拌均匀后获得合金熔液；(2)精炼：用纯度为99.99％以上的氮气作为载体加入精炼剂对保温炉中的合金熔液进行精炼后得合金熔体，所述精炼剂用量占合金溶液的重量百分比为0.22％；精炼过程中合金熔体的温度控制在745℃；然后对得到的合金熔体进行扒渣、静置25分钟后得混合溶液；(3)铸造：将步骤(2)中得到的混合溶液在除气箱里在线除气，所述在线除气用氮气的纯度大于99.99％，用陶瓷过滤板过滤，控制浇铸温度为715℃、浇铸机转速在1300转/分，连续浇铸得到温度在530℃的铸坯；(4)轧制：对步骤(3)中制得的铸坯在入轧温度为520℃、轧机电流为480A、终轧温度为300℃的条件下进行轧制，轧制过程中调整乳化液压力，使乳化液温度为20℃，轧制所得铝合金杆的规格为φ9.5mm。一种铝合金线的制备方法，包括下列步骤：(1)拉丝：上述制得的规格为φ9.5mm的铝合金杆在十三模分电机拉丝机上拉丝，再通过铝合金模具将φ9.5mm铝合金杆一次性拉制得φ1.74mm的铝合金丝，然后再在小型拉丝机上通过拉丝模拉制得φ0.25mm、φ0.30mm、φ0.40mm等规格的铝合金单丝。(2)退火：将步骤(1)制得的铝合金单丝进行退火处理后制得铝合金单丝，所述退火温度为280℃，退火时间为7h，所制得的铝合金单丝的抗拉强度为136MPa，导电率为61.5IACS，延伸率为16％，0.2％弹性极限应力为64MPa，耐冲击性为14j/m，在温度为140℃、120MPa应力条件下，1-100小时的平均蠕变速度为0.71％/h、90度疲劳弯折次数为37次；(3)成型：将步骤(2)制得的铝合金单丝经束丝、绝缘、成缆、护套、检验、试验后制得铝合金线。实施例5一重3000kg的铝合金杆，其各组分的重量百分比如下表所示：组分FeMgZrCuReMn+NiAl杂质重量(Kg)7.57.81.24.560.62970.61.8重量百分比(％)0.250.260.040.150.20.0299.020.06上表所述的铝合金杆中，浇铸前匀速加入铝钛硼AlTi5B1进行在线细化晶粒,可使铝合金杆晶体结构细化，微细晶体结构可使铝合金杆的强度及韧性得以增加。但Ti元素过量会导致铝合金杆细化效果饱和，或造成铝合金杆的导电率降低。一种制备上述铝合金杆的方法，采用如下操作步骤：(1)合金的处理：将上述重量的铝液加入保温炉中后加热铝液，使保温炉中铝液的温度控制在750℃，再分别往铝液中加入Al-Fe中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Re中间合金及Mg锭，其中，Al-Fe中间合金中Fe的重量百分比为21％，Al-Zr中间合金Zr的重量百分比为3.5％，Al-Mn中间合金Mn的重量百分比为10％，Al-Ni中间合金Ni的重量百分比为10％，Al-Cu中间合金Cu的重量百分比为51％，Al-Re中间合金Re的重量百分比为9％，然后电磁搅拌均匀后获得合金熔液；(2)精炼：用纯度为99.99％以上的氮气作为载体加入精炼剂对保温炉中的合金熔液进行精炼后得合金熔体，所述精炼剂用量占合金溶液的重量百分比为0.25％；精炼过程中合金熔体的温度控制在730℃；然后对得到的合金熔体进行扒渣、静置50分钟后得混合溶液；(3)铸造：向步骤(2)中得到的混合溶液中匀速加入铝钛硼AlTi5B1进行在线细化晶粒，所加入的铝钛硼AlTi5B1中Ti的重量百分比为5％,B的重量百分比为1％，合金溶液中Ti的重量百分比为0.03％，同时在除气箱里在线除气，所述在线除气用氮气的纯度大于99.99％，用陶瓷过滤板过滤，控制浇铸温度为720℃、浇铸机转速在1200转/分，连续浇铸得到温度在515℃的铸坯；(4)轧制：对步骤(3)中制得的铸坯在入轧温度为500℃、轧机电流为450A、终轧温度为290℃的条件下进行轧制，轧制过程中调整乳化液压力，使乳化液温度为35℃，轧制所得铝合金杆的规格为φ9.5mm。一种铝合金线的制备方法，包括下列步骤：(1)拉丝：上述制得的规格为φ9.5mm的铝合金杆在十三模分电机拉丝机上拉丝，再通过铝合金模具将φ9.5mm铝合金杆一次性拉制得φ1.74mm的铝合金丝，然后再在小型拉丝机上通过拉丝模拉制得φ0.25mm、φ0.30mm、φ0.40mm等规格的铝合金单丝。(2)退火：将步骤(1)制得的铝合金单丝进行退火处理后制得铝合金单丝，所述退火温度为250℃，退火时间为6h，所制得的铝合金单丝的抗拉强度为123MPa，导电率为61.7IACS，延伸率为18％，0.2％弹性极限应力为61MPa，耐冲击性为15j/m，在温度为140℃、120MPa应力条件下，1-100小时的平均蠕变速度为0.6％/h、90度疲劳弯折次数为40次；(3)成型：将步骤(2)制得的铝合金单丝经束丝、绝缘、成缆、护套、检验、试验后制得铝合金线。上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本
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