退火工艺对8030铝合金杆性能的影响研究

2021-05-22纪剑峰王欢

新疆有色金属 2021年2期

纪剑峰王欢

（新疆众和股份有限公司乌鲁木齐 830013）

前言

随着现代工业的快速发展，我国已成为全球最大的电线电缆生产国[1-2]。8030铝合金电缆与纯铝电缆相比抗蠕变性能得到显著改善，因此在工业与民用建筑领域得到越来越广泛地运用[3]。

在国家加快打造世界一流5G 生态网络的战略部署下，8030 铝合金电缆需求量将迎来爆发式的增长。但5G基站对通讯电缆的要求进一步提高，要求具有一定导电率和抗拉强度的基础上，具有更优秀的加工性能，从而保证可将9.5mm 的铝合金杆顺利拉拔至0.08～0.12mm 的成品，而8030 铝合金杆的退火工艺是影响加工过程和成品性能参数的关键[4]。因此本文研究了退火温度、退火时间等关键参数对8030铝合金杆力学性能的影响，从而为提高8030铝合金电缆生产技术的提升提供参考。

1 实验

1.1 实验材料和设备

用连铸连轧机组采用相同的生产工艺生产出直径9.5mm 的8030 合金杆进行实验，退火前其物理性能和电性能如下表1所示。

表1 8030铝合金杆退火前物理性能和电性能

1.2 性能指标检验方法

使用CMT4204 型20KN 微机控制电子万能试验机，按GB/T 4909.3-2009 的规定进行拉力试验测试抗拉强度和伸长率，拉力试验机夹头移动速度为50mm/min。测量电阻率使用PC360C 型电阻率测试系统，按GB/T 3048.2-2007 规定的试验方法测量电阻率，系统总误差为±0.15%。

1.3 退火方案设计

主要研究退火温度和退火时间对8030铝合金杆抗拉强度、伸长率和电阻率的影响。所设计实验的退火温度间隔为10℃，温度范围从320℃至380℃；退火时间间隔20min，时间范围从120min至240min。退火炉温度曲线及入料、取料操作规定如下图1所示。

图1 退火炉温度曲线及入料、取料操作规定

2 实验结果与分析

2.1 退火工艺对8030合金杆物理性能的影响

退火温度对8030合金杆抗拉强度和伸长率的影响如图2 所示。可以看出随着退火温度升高，8030合金杆的抗拉强度不断降低，伸长率不断提高。

8030 合金杆经过连铸连轧的加工变形以后，晶体发生点阵畸变，造成晶体内出现许多点缺陷、位错、亚晶界等晶体缺陷，晶体内部储能增大，存在不稳定的组织。通过退火，使位错通过滑移、攀移等方式运动和位错重新组合，异号位错对消，多变化转变亚晶组织，胞状亚组织转变为亚晶粒，经过退火后这些晶粒全部变成再结晶晶粒，晶体内的存储能减低，不稳定组织转变为稳定组织，加工硬化程度降低或消除，抗拉强度不断降低，同时伸长率提高[5]。

图2 退火温度对8030合金杆物理性能的影响（180min）

图3为退火时间对8030合金杆物理性能影响的研究结果。从图中可以看出，随着退火时间延长，8030合金杆的抗拉强度不断降低，伸长率不断提高，但退火时间延长至200min以后趋势显著减缓。含有大量晶体缺陷的8030 合金杆入炉后，不稳定的晶体缺陷快速的运动和转变，在退火时间大约在200min时几乎所有的变化完成，加工硬化基本得到全部消除，因此再延长时间抗拉强度和伸长率不再发生大的变化。

图3 退火时间对8030合金杆物理性能的影响（350℃）

2.2 退火工艺对8030合金杆电性能的影响

图4 退火温度对8030合金杆电阻率的影响（180min）

图4 为退火温度对8030 合金杆电阻率的影响。可以看出退火温度对8030合金杆的电阻率影响十分显著，在350℃以下，随着退火温度的升高，电阻率显著减小；在350℃以上，随着退火温度的升高，电阻率显著增大。是因在350℃以下为合金进行不完全再结晶，晶体中位错等晶体缺陷没有完全消除，350℃退火晶体已经进行了完全再结晶，晶体缺陷的密度迅速下降，电阻率不断降低。当退火温度高于350℃，达到了金属的再结晶温度，金属由回复阶段进入再结晶过程，合金中第二相溶解的数量和过饱和固溶体浓度增加，导致基体晶格畸变区变大，电子散射源的数量增加，导电电子的平均自由程变小，因此电阻率增大[6-7]。

退火时间对8030合金杆电阻率的影响如图5所示。实验结果表明，随着退火时间延长，8030合金杆的电阻率先快速降低，但退火时间延长至200min 以后基本保持不变。这一规律产生的原因是8030合金杆内的晶体缺陷在退火时间大约200min左右完成修复，再延长时间电阻率将不再发生变化。