硼元素对1070铝合金力学性能及导电率的影响.pdf

第 卷 第 期有色金属加工 年 月 :./.硼元素对 铝合金力学性能及导电率的影响代自莹谢方亮张 宇李秋梅张 伟刘兆伟(辽宁忠旺集团有限公司辽宁 辽阳)收稿日期:摘 要:文章以 铝合金为研究对象采用化学成分检测、光学显微组织、常温力学拉伸和导电率等测试方法研究不同硼元素含量对 铝合金导电率和力学性能的综合影响 结果表明硼元素添加量为.时屈服强度、抗拉强度和断后伸长率分别提升.、.和.导电率由.提升至.铝合金的导电性能和力学性能最佳关键词:铝合金 中间合金硼化处理导电率中图分类号:.文献标识码:文章编号:()我国电力工业正在迅速发展对电工用铝导体的用量及性能提出了更高要求所以实现电工用铝合金导电性能和强度协同提升对该领域具有重要的推动作用 目前工业中将硼化处理作为提高导电率的主要方法之一 铝合金中含有、等过渡族杂质元素这些杂质元素即使含量极微但会增加铝金属基体的电子散射对电工铝的导电率带来很大的负面影响 硼能在铝液中与、等杂质元素形成难溶物由于这些难溶物的比重相对铝液较大因此可以沉淀在炉底从而实现对铝液的净化达到提高导电率的目的 张邦冉等研究者在 铝合金中添加 和 等中间合金后合金的导电率和抗拉强度虽有提高但损失了塑性 等人发现 中间合金中的 元素会降低硼元素对合金导电能力的提升效果 现有研究虽提升了电工用铝合金的导电性能但损失了塑性为实现不降低力学性能的前提下提升 铝合金的导电率本文选择 中间合金向 合金中添加硼元素研究硼元素对 铝合金力学性能和导电率的影响 试验材料与方法本试验以 铝合金为研究对象 选用.纯度的铝锭和 中间合金为试验材料采用浇铸方式制备 组不同硼元素含量合金铸锭(、.、.、.)其硼元素含量依次为.、.、.、.、.在所得 个铸锭上取样采用直读光谱对各合金进行化学成分检测采用金相显微镜对各合金微观组织及晶粒度进行观察采用电子万能试验机进行常温力学性能拉伸试验采用涡流电导仪在 温度下进行导电率检测 试验结果与分析.化学成分 合金的实测化学成分(质量分数)为 .().无 图 是各试验合金中硼元素添加量与杂质元素()总含量的关系 由图 可知 合金中未添加硼元素杂质元素含量最高为.当添加.的硼元素时试验合金中的杂质元素总含量明显降低当硼元素添加量达到.时合金中杂质元素总含量降低到.较 合金降低.后继续增加硼元素添加量试验合金中的杂质元素总含量不再继续降低基本稳定在.这是由于硼元素与杂质元素发生硼化反应生成硼化物沉淀可通过扒渣去除根据吉布斯自由能 函数分析试验合金中的硼化反应式中 是焓的变化值 是温度是熵变 有色金属加工第 卷图 硼元素添加量与杂质元素含量的关系在恒温恒压下当 时两种物质可自发进行化学反应 对试验合金中的硼化物进行热力学计算硼化反应标准吉布斯自由能为为./为./为./为./为 ./为 /为 ./为./由此可知、等元素与硼元素形成的硼化物的吉布斯自由能均为负数且其数值与的差值较大其反应优先于 发生.晶粒度组织图 是各合金的晶粒度组织 由图可知未添加硼元素的 铝合金组织中晶界不平直晶粒粗大平均晶粒尺寸达到.添加硼元素后试验合金的晶界均变平滑且随着硼元素含量的增加合金的平均晶粒尺寸逐渐减小 其中.合金的平均晶粒尺寸最小为.说明硼元素添至 铝合金后阻碍了晶粒长大起到细化晶粒的效果()().().().().图 各合金的晶粒度组织.金相组织图 是各合金的金相组织 由图可知 铝合金组织中晶界上存在骨骼状结晶相 合金晶界连续添加硼元素后合金中的骨骼状结晶相变断续分布(图()()()硼元素加至 铝合金中改善了组织中相的分布状态晶内变洁净 随硼元素含量的增加.合金中硼元素添加过多组织中存在较多规则块状相可能为聚集的 相()().().().().图 各合金的金相组织 第 期有色金属加工.导电率由图 可知 铝合金的导电率为.添加硼元素后合金的导电率整体得到提升且随着硼元素添加量的增加呈先升高后降低趋势 其中.合金的导电率最大达到.较 合金提升了.图 各合金的导电率导电率受合金的化学成分、结晶态、加工工艺等因素综合影响本实验中化学成分是其主要影响因素 试验合金导电率的变化也可以用马西森定律()表达式来表达:式中表示金属电阻率增加的总和分别表示由于原子热振动、杂质元素和位错、晶界引起的电阻率的增加其中杂质元素引起的电阻率 占比最高 铝合金中的、等杂质元素在固溶时易吸收自由电子来填充其不完整的电子层这种传导电子数目的减少导致了电阻率的增加 铝合金中微量杂质元素聚集在晶界处阻碍电子运动电阻率 较高 铝合金中加入 中间合金后硼元素与这些杂质元素反应生成硼化物沉淀于坩埚底部净化铝熔体降低了杂质元素对铝导电性的有害作用(降低)这种硼化反应作用是有限的当 中间合金添加过多冗余的 粒子聚集在晶界处增加合金电阻率导电率降低()所以硼元素添加不宜过多添加.的硼元素时 铝合金导电率的提升效果最佳.力学性能由图 可知添加硼元素后 铝合金的强度和塑性均提升.合金的屈服强度最突出达到.较 合金提升了.合金的抗拉强度和断后伸长率最大 分别为.和.较 合金分别提升了.和.合金的力学性能与.、.合金接近屈服和抗拉强度分别达到.和.断后伸长率为.分别较 合金提升.、.和.结合图、图 分析可知添加 中间合金后合金中骨骼状结晶相数量减少且晶粒尺寸减小相同体积内的晶界变多合金被拉伸变形时位错不易滑动即抗拉强度提升 合金晶粒细小变形均匀所以塑性也得到提高 合金强度和晶粒尺寸的关系一般用 公式表达:式中代表屈服强度 代表晶粒尺寸和 均为常数由该式可知合金晶粒尺寸越小屈服强度就越大 中间合金添加至 铝合金中后产生细晶强化和第二相强化作用使合金的抗拉强度得到提升图 各合金的力学性能 结论()添加 中间合金后硼元素与合金中杂质元素发生硼化反应杂质元素含量降低当 元素含量为.时杂质元素总含量降低.()中间合金对 铝合金有细化晶粒作用添加硼元素后可将 铝合金的平均晶粒尺寸由.减小至.()硼元素含量为.时 铝合金的力学性能和导电率实现协同提升其中屈服和抗拉强度分别达到.和.断后伸长率为.分别较未加硼元素的合金提升.、.和.导电率由.提升至.参考文献 李丰庆.硼对铝中杂质元素的作用及其对导电率的影响.大连理工大学.周伟莫宇飞苏智琦向晶.硼化处理对 铝合金挤压型材导电性能的影响.轻合金加工技术():.:./.(下转第 页)有色金属加工第 卷量泵的涂油量较为准确的方法为称重测量 总结近些年从进口静电涂油机的使用情况来看尽管表面的涂油质量较好但是还存在漏涂、结构复杂、难于维修及高压保护措施不完善等技术缺陷 国外涂油机生产公司也很难根据国内生产线的各种现状设计出适合于现场的特殊形式涂油机这也给国产静电涂油机成长提供了发展空间 只有不断追求更高质量、不断优化改进、不断研究探索才能总结出提高油膜质量的工艺方法生产出质量更高的产品提高效益使企业持续增盈参考文献 王家青.静电涂油机中油液荷电雾化机理及其关键技术研究.武汉科技大学.(.):.:(上接第 页)陈迪.硼对高铁铝合金微观组织和性能的影响.青岛科技大学.张邦冉马霞刘桂亮刘相法.中间合金对 铝合金力学性能及导电性的影响.精密成形工程():.().(.):.: