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Al-Mg-Si系合金力学性能优越,广泛应用于中、重冰区和大跨越线路。随着我国输电线路不断增容改造,Al-Mg-Si系合金导电率低、耐热性不足的劣势逐渐显现。本文以架空导线用Al-Mg-Si合金导体材料为研究对象,以改善合金强度、导电性、耐热性为目的,采用显微组织观察,力学性能、导电性测试,SEM、EDS、XRD和TEM分析等方法对合金的组织与性能进行研究。 通过调整Mg、Si质量分数比,添加Zr、Y及混合稀土,研究了不同成分对合金组织及性能的影响,并采用正交试验优化Al-Mg-Si-Zr-Y-RE的合金成分。对优化成分合金的铸态组织、相组成及形成过程进行了分析,讨论了合金元素的存在形式与作用机理;同时研究了变形加工、热处理工艺对合金组织及性能的影响,最终确定高强高导耐热Al-Mg-Si-Zr-Y-RE合金导体材料的制备工艺。研究的主要结果如下: (1)通过正交试验确定了最优合金成分:Al-0.7Mg-0.54Si-0.05Zr-0.045Y-0.3RE。T8态的合金导线抗拉强度、伸长率、导电率和强度残存率分别为:275MP a,7.3%,54.8%IACS,93.2%。通过0.05%Zr元素和0.045%Y元素的复合添加,合金强度残存率从75.83%提高到92.68%,耐热性提高22.22%,Al3(Zr,Y)相的形成使合金综合性能显著提升。 (2)铸态Al-Mg-Si-Zr-Y-RE合金显微组织中存在条状相、短棒状相、球状相及一些网状共晶组织。含硅相或者含镁相组成的条状相在晶界附近析出,稀土元素及少量杂质元素在晶界处富集;短棒状相及球状相大多是Al3Zr,此外还存在含Zr、Y元素的微米级球状相,确定为Al3(Zr,Y)相;网状共晶组织多是α(Al)+Si+Mg2Si三元共晶体,其附近还存在β-AlFeSi相,稀土元素能在一定程度上抑制β-AlFeSi相的生长、粗化。 (3)不同Mg、Si比铸态Al-Mg-Si-Zr-Y-RE合金中共晶组织形貌也存在较大差异。随着Mg、Si比的增大,铸态Al-Mg-Si-Zr-Y-RE合金导电率呈先增大后减小的趋势,在一定范围内,导电率的波动随Mg、Si比的增大而增大。铸态Al-Mg-Si-Zr-Y-RE合金共晶组织结构复杂,在其非平衡凝固过程中,β(Al5FeSi)相首先沉淀,另外两种相通过三元共晶反应L→α(Al)+Mg2Si+π(Al8Si6Mg3Fe)形成,且Mg2 Si相会依附于Si相不断生长。 (4)确定 T8(挤压、固溶、拉拔、时效)为 Al-Mg-Si-Zr-Y-RE合金导线的加工工艺。确定Al-Mg-Si-Zr-Y-RE合金导线的时效工艺为:170℃×10h。成功制备出了综合性能良好的高强高导耐热 Al-Mg-Si-Zr-Y-RE合金导线单线,抗拉强度、伸长率、导电率、强度残存率分别为:286.7MPa,7.3%,54.9%IACS,92.68%。