《耐高温铝合金材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《耐高温铝合金材料（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划耐高温铝合金材料JNRLH58/LB1A、JNRLH60/LB1A弹性模量、线膨胀系数NRLH60GJNRLH58GJ耐热铝合金导线的耐热机理及其在输电线路中的应用班级：学号：姓名：耐热铝合金导线的耐热机理及其在输电线路中的应用摘要:随着电力工业的飞速发展，输电线路需要使用大容量、耐高温的导线，本文对耐热铝合金导线的耐热机理进行了探讨，对耐热铝合金导线的种类和性能以及在输电线路中的应用进行了分析和介绍，并对今后加速发展和应用耐热铝合金导线提出了建议。关键词:耐热铝合金导线耐热机理载流
2、量软化特性机械强度残存率1前言随着国民经济的飞速发展，我国电力工业有了突飞猛进的进步。根据“西电东送、南北互供、全国联网”的战略部署，远距离、大容量输电线路的建设势在必行，同时也向架空输电导线提出了更高的要求。作为提高输电容量的对策，主要是从两个途径解决，一是提高输电电压，二是提高输电电流。在电压一定的前提下，提高输电电流密度，即提高导线单位面积的输电容量就显得十分重要。目前我国架空输电线路所使用的导线基本上仍旧是传统的钢芯铝绞线，由于其耐热性能相对较弱，因此线路的输电容量受到一定的限制。毋庸置疑，开发研制新型耐热导线并加以推广应用将具有很大的经济意义。2耐热导线的耐热机理众所周知，铜、铝等金
3、属导体材料通电以后会随着自身温度的提高，同时降低其机械性能，因而大大影响了输电能力的提高。国外，从上世纪40年代起，美国等工业先进国即开始研究输电导线材料的耐热机理，并努力寻求一种能提高铜、铝等导电材料耐热性能的方法，也就是使导线处于高温状态下也不至于降低机械强度，保持其良好的使用性能。人们通过研究发现，在金属铜里加入少量的银即有明显的耐热效果，并开发出被称为Hy-Therm-Cupper的耐热铜导线。其后，人们对架空输电导线所大量使用的材料金属铝的研究又取得了新进展。美国GeneralElectricResearchLaboratories的通过研究首先发现：在铝材中适当添加金属锆元素能提高
4、铝材的耐热性能，并于1949年发表论文“TheEffectOfSingleAdditionMetalsOnTheRecrystallizationElectricalConductivityAndRuptureStrengthOfPureAluminum”(TRANS.ASM(1949)。该项发现受到国际上相关专业人士的关注和重视。尤其是日本在开发和研究耐热导线方面取得较大进展，开发出在铝中添加%左右的锆的耐热铝合金导线，并于上世纪60年代初开始在输电线路实际应用。耐热铝合金导线一经问世即显示出巨大的生命力，以最基本的耐热铝合金导线钢芯耐热铝合金绞线(TACSR)为例，其连续运行温度及短时容许
5、温度比常规钢芯铝绞线(ACSR)要提高60，分别为150及180，因此大大提高了输电能力。为什么在铝材中添加金属锆能提高铝材的耐热性能，这主要是由于添加了金属锆以后铝材的再结晶温度得到了提高。从金属学上的耐热机理来分析，一般来说，金属经过冷加工以后会提高机械性能。这是因为由冷加工引起的原子空格、转位等各种晶格缺陷产生了畸变能的缘故。这种晶格缺陷使金属隐含着热力学上的不稳定性，随着温度的提高，原子的热振动能量也随之增加，使上述的晶格缺陷容易移动，进而使金属内部积累的畸变能逐渐减少，其机械性能相应恢复到冷加工以前的退火状态。这种因金属温度提高而产生的原子转位、晶格缺陷移动现象的恢复称为再结晶退火。
6、在开发耐热铝合金导线的初期，专家认为这种铝合金的耐热机理与一般金属的耐热机理类似，提高耐热性能也就是要设法防止畸变能的减少，使其机械性能不至于因温度升高而受损失。所谓亚结晶粒成长，即向亚结晶晶粒边界析出细微的Al3Zr能防止再结晶的产生。因此，细微的Al3Zr析出越多，其耐热性能越好。但是，这种观点一般是对长期处于400以上高温状态的金属而言，象架空输电导线这种工作温度一般不超过200的场合，其耐热性能与其说由细微的Al3Zr起作用，不如说是由于固溶体锆(Zr)自身转位的微观运动受到较大的障碍而形成的耐热效果。3耐热铝合金导线的性能日本输电线路实际应用耐热铝合金导线始于1960年，导线耐热性能
7、的提高意味着容许使用温度的提高，当初开发的耐热铝合金导线中所使用的耐热铝合金线的连续及短时容许使用温度分别为150及180。作为架空输电导线，决定其容许使用温度时，一般以导线加热一定时间后回复到常温时机械强度的残存率为90%来作为考虑依据。材料的机械强度残存率与加热温度及时间的关系又可称为材料的软化特性，图1是耐热铝合金线和普通硬铝线的短时间软化特性曲线。图1短时间软化特性从图1可见，一小时加热时间后的机械特性，耐热铝合金线要明显优于普通硬铝线，说明了前者的耐热性能要优于后者。图2长时间软化特性图2是耐热铝合金线和普通硬铝线的长时间软化特性曲线。从图2可见，加热1000小时以后回复到常温时，耐
8、热铝合金线仍能保持90%以上的机械强度残存率，而普通硬铝线如要保持同样的机械强度残存率，则加热时间不能超过10小时。因此，从长时间软化特性更能说明耐热铝合金线的耐热性能要明显优于普通硬铝线。作为架空输电线路所用的导线，其蠕变特性是影响线路安全运行很重要的指标。图3是耐热铝合金线和普通硬铝线的蠕变特性曲线。图3蠕变特性曲线从图3可见，无论是常温还是高温，耐热铝合金线和普通硬铝线均保持有相同程度的蠕变特性。对于耐腐蚀性来说，经过实验室盐雾试验和室外大气曝露试验，确认耐热铝合金线和普通硬铝线没有大的差别。作为早期开发的耐热铝合金线，其最大的缺点是电阻率高于普通硬铝线，而导电率要低于普通硬铝线，为58
9、%IACS。好的普通硬铝线导电率能达到61%IACS。在传统的钢芯铝绞线中用耐热铝合金线代替普通硬铝线就成了钢芯耐热铝合金绞线。虽然这种导线的耐热性能有了很大的提高，导线的载流量也有了相应的提高；但是由于它的导电率比普通钢芯铝绞线低，而且使用温度越高、电阻越大，在钢芯耐热铝合金绞线的问世早期，推广应用受到一定的影响。通过研究发现，能提高金属铝耐热性能的元素还有钛和钒。对金属铝导电率影响的程度以锆为最，钛和钒以顺序次之。但实用中耐热铝合金线还是以添加锆为主。导电率降低的程度大约为：每添加%的锆，铝合金导电率降低约为%。为此，有关专家又下功夫研究提高导电率的对策，主要通过提高铝材的品位，适当调整金
10、属锆的含量，再添加适量的其它元素，同时改进加工制造工艺，经过十年坚持不断的努力，终于开发出导电率为60%IACS以上的耐热铝合金线。由此产生的钢芯耐热铝合金绞线称为钢芯60%导电率耐热铝合金绞线，并从1973年开始在输电线路上应用。早期的耐热铝合金线也可称为58%导电率耐热铝合金线，钢芯耐热铝合金绞线也可称为钢芯58%导电率耐热铝合金绞线。如表1所示，60%导电率耐热铝合金线的耐热性能以及机械性能，与耐热铝合金线是相等的，优点在于导电率有了提高。由于60%导电率耐热铝合金线具有差不多与普通硬铝线相同的导电率，因此后来钢芯60%导电率耐热铝合金绞线比耐热铝合金研究进展摘要耐热铝合金具有良好的中温
11、性能，在兵器、航空、航天以及汽车工业中应用广泛。综述国内外耐热铝合金材料的研究进展，重点介绍合金元素对铝合金耐热性的影响；并展望耐热铝合金的发展趋势。关键词耐热铝合金；强化机制；综述；弥散强化；固溶强化耐热铝合金是指在高温下有足够的抗氧化性和在温度和载荷的长时间作用下，具有抗塑性变形和破坏能力及导热性好和密度低等特点。在兵器、船舶、航空、航天、汽车等行业得到广泛应用，如坦克装甲车辆发动机的活塞、缸套、连杆、箱体、缸盖，导弹壳体、尾翼、航空发动机汽缸、叶片、飞机蒙皮等。未来装甲车辆的发展目标是轻量化、高机动和快速突击，采用高功率、高密度发动机是实现这一发展目标的主要途径。随着航空、航天和汽车工业
12、的迅速发展，对耐热铝合金的耐热性能也提出了更高的要求。综述耐热铝合金材料研究进展，介绍耐热铝合金的强化机理，为耐热铝合金的设计提供参考。1耐热铝合金材料分类传统的耐热铝合金根据加工工艺特点不同可分为铸造耐热铝合金和变形耐热铝合金。铸造耐热铝合金主要分为Al-Si系和Al-Cu系。Al-Si系合金铸造性能好，但强度低，往往要添加Cu、Ni、Mn、稀土等元素以提高其的耐热性能1。Al-Cu系合金耐热性好，但铸造工艺性及耐蚀性差。变形耐热铝合金可分为Al-Cu-Mn系耐热硬铝和Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝。近几年，科研人员又开发了耐热性更好的Al-Cu-Mg-Ag系变形铝合金。此外，快速凝
13、固耐热铝合金也成为耐热铝合金研究的热点，典型的合金有Al-Fe-Ce、Al-Fe-V-Si和Al-Cr-Zr等系列。铸造耐热铝合金主要应用于装甲车辆发动机和汽车发动机。国外装甲车辆活塞以Al-Si-Cu-Mg-Ni系为主，标准牌号有：美国汽车工程协会SAE390合金、德国马勒公司Mahle124合金。箱体、缸盖以Al-Si-Cu和Al-Si-Mg系为主，标准牌号有美国的319合金、A380合金以A356合金等。随着装甲车辆发动机功率提高，传统活塞材料的高温强度、耐热能力已临近极限状态，不能满足大功率发动机发展的需求。高性能耐热铝合金材料的研究受到广泛关注，经过多年的探索，XX年，美国航空、航天
14、局研制出新型过共晶铝硅合金MSFC-398。该合金260下强度达到215MPa，伸长率为%，布氏硬度为64；315下强度达到187MPa，伸长率为%，布氏硬度为50。其高温强度明显高于ZL109合金。德国马勒公司开发的Mahle124合金300下的强度132MPa，伸长率为%；350下的强度为103MPa，伸长率为1%。装甲车辆发动机缸盖和箱体的体积大、形状比较复杂、工况恶劣，对材料的耐热性和铸造工艺性要求较高。德国MTU公司将特殊的合金强化技术用于发动机机体铝合金，使其抗拉强度Rm达到400MPa，伸长率A达到5%。俄罗斯注重缸盖材料的高温性能，300时抗拉强度Rm达到230MPa以上，35
15、0抗拉强度Rm达到190MPa以上。奥地利AVL公司将HIP技术用于Al-Si7-Cu-Mg合金，使其抗拉强度Rm达到300MPa，伸长率达到5%，疲劳强度-1达到70MPa。前苏联发动机铸造生产厂家白俄罗斯铸造工艺与设备研究所采用的缸盖材料质量分数为6%8%Si，%Mg，%Mn，杂质总量%。采用该材料制造的缸盖抗拉强度Rm为200240MPa、耐压为。Feikus等人在A356合金中加入的质量分数为%Cu，使合金的耐热温度提高到1502。Hydro公司还在的基础上开发了新型AlSi7CuNiFe合金，它的高温强度、蠕变性能都高于A380合金3，可用于高性能发动机箱体。法国的GerardLaslaz发明了一种Al-Si-Cu耐热合金4，该合金中加入的质量分数为3%4%的Cu，并加入了Hf、Nb、Ta、Cr、Mo等微量元素，使得该合金具有较好的高温性能，250保温100h的高温强度约为100MPa，300保温100h的高温强度约为65MPa。等人通过Zr、Mn、V、Ti等微量元素对319合金进行改性，新合金在250保温100h的抗拉强度可达133MPa5。德国PEAKWerkstoff公司新近开发的ZLB系列高性能缸套铝合金是在AlSi25Mg合金中加入了一定量的Fe、Cu、Ni，合金高温性能超过了300MPa，大幅度提升了合金的耐热
