Process of manufacturing of aluminium wire rods

本发明涉及一种制造可沉淀硬化铝 wire rods 的工艺。该工艺特别适用于电导体 wire 的铝，即可以处理至最大电阻率为 32.8 milliohms×mm2/m 的铝，不过并不限于此类铝，其合金元素包括镁 0.3% 至 0.9%、硅 0.25% 至 0.75% 和铁 0 至 0.60%，其他部分为铝及杂质（即数量少于 0.05% 的元素）。众所周知，铝线杆是随后的拉拔或轧制的起始产品，通过这两个过程，铝 wire 的横截面得以减小。铝线杆的直径一般为 5 至 20 毫米，大部分情况下在 7 至 12 毫米之间，其抗拉强度远低于拉拔后的最终产品，比如上述电导体 wire 的铝，其抗拉强度通常低于 250 Newton/mm2，至少低于 300 N/mm2。众所周知，在拉拔后，铝线经过一个老化过程，其中形成溶液中仍然存在的合金元素的沉淀，从而提高 wire 的机械和电气特性。

欲了解更多信息，请访问 Optima。

常规铝线杆的生产工艺包括第一步热轧，其间形成铝线杆的线圈，随后对通过热轧获得的线圈进行间歇性的溶液处理及淬火。在轧制后，线圈若仅通过冷却来处理，合金元素将来沉淀，导致在随后的老化中不再含有任何溶解的合金元素。因此，必须在轧制后再次将这些元素溶解，并确保在随后的淬火过程中保持超饱和溶液。

该溶液处理相对于加热能源来说是昂贵的，而且要求制造以间歇的方式进行。这就是为什么以前有人建议在热轧的第一步结束时，尽量提高温度，以使尽可能多的合金元素保持在溶解状态，并在轧制后立即让铝线杆在连续工艺中迅速淬火至淬火温度，以维持这些合金元素在超饱和溶液中。

在此淬火温度下，原子运动性非常低，使得金属显微结构几乎保持原状（除了老化现象）：保持超饱和溶液的合金元素不变，沉淀与位错不会变化。对于某种合金，淬火温度范围的上限不构成严格的绝对限制。这个上限由原子在很短的时间内几乎不发生显著结构变化所决定，连续的铝处理工艺大致需要一分钟的时间。每种合金的可接受最大限制对于从事这一领域的专业人员来说是足够熟悉的。对于上述电导体 wire 的铝，最大淬火温度可定为 260°C，尽管这一限制并不是绝对的。

此外，还提出了一种第一热轧步骤，以尽量保留合金元素的溶解，随后进行金属加工的淬火，同时确保在合金元素和热加工方向之间进行有效工作。尽管进行了淬火，但观察到在这一热机械操作过程中，合金元素会沉淀，导致随后的老化步骤中保持的合金元素量远低于理想值，似乎存在缺陷。但观察发现，所获得的铝线杆根据沉淀的完全或部分性，完全或部分地消除了随后的拉拔后老化的需求，因此，期望的缺陷并未存在，获得的铝线杆满足拉拔 wire 所需的机械和电气特性。此外，避免了昂贵的溶液处理步骤，实现了连续的工艺。

本发明的目的在于为这一工艺提供一种替代方案，获得相同的优点，从而在获取所需的抗拉强度、延展性和导电性组合方面提供更大的选择自由。

根据本发明，该过程包括第一单纯热步（即非同时加工操作），在此过程中，铝的连续条材（例如，离开热轧机的半冷状态，或离开一个连续铸造机或挤压机）在连续过程下淬火至上述所确定的淬火温度，从而获得合金元素处于超饱和溶液中的复原结构。“复原结构”是指，经过热的影响，将工作步骤拉伸的晶粒重组为更为等向的结构，该结构为热加工后的结构。为了达到该目标，还必须保证有最小的合金元素超饱和状态，例如在溶液处理温度下至少保留 30% 的可沉淀元素。因此，淬火必须足够迅速并始自足够高的温度。

不过，根据本发明的过程由第二个热机械步骤构成，位于第一步之后并在同一连续操作中，在该步骤中，条材在老化温度下工作，所获得的铝线杆随后在任何后续加工之前进入一个老化步骤。

“老化温度”是在其最大限制等于上述淬火温度限制的温度范围内的温度，而其最小限制将在下面确定。因此，老化温度是在此区域的温度，除了老化期间正在发生的现象外，在超过一分钟的连续过程中，原子处于不动状态。然而，当结构在老化温度下进行加工时，观察到合金元素的沉淀在此类工作和随后的老化过程后，得到一种显微结构，在冷加工后表现出优质 wire 的特性，且在沉淀元素仍保留在超饱和溶液中时，部分或全部消除了老化后的需求。这一老化温度下的优选加工步骤是对减少横截面区域的轧制。

对于给定的铝合金，老化温度的最小限制将在下面确定。已知，给定成分的铝合金，在未冷加工状态下，若合金元素超饱和并经过溶液处理及淬火，提交老化处理后，首先会在最大值时抗拉强度上升，然后呈现出抗拉强度的下降。这是因为在老化过程中，合金元素沉淀，而已存在的沉淀会进一步团聚。最初导致抗拉强度增大的第一效果率，最终导致抗拉强度降低的第二效果率占主导地位。对于给定的铝合金，其特定合金元素的超饱和状态的最小老化温度限制是铝在未冷加工状态下达到最大抗拉强度的所需时间（冷加工结构由于冷加工的软化会相对早点达到最大强度）。对于上述电导体 wire 的铝，此最小限制约为 130°C。

该过程的重要一点在于，第二步骤在第一步骤淬火操作后立即进行（以防止在未经过处理的中间产品在一段时间内被搁置），因此在与第一步骤相同的连续操作中进行。为此，更倾向于进行的步骤淬火至老化温度，在上述所确定的条件下，使得第二步骤可以在没有中间加热的情况下启动。

有关更多信息请联系 铝杆生产设备。我们将提供专业的答案。

随后的老化操作可直接在执行此类工作的仪器出口处进行，例如，通过让铝线杆自然冷却至环境空气，这将导致剩余的合金元素在超饱和状态下部分或全部沉淀。当老化发生时，显然在淬火之后的沉淀量相当大，例如一半的可沉淀元素便是在此老化期间沉淀的。然而，更倾向于进行完全沉淀，以避免在拉拔 wire 后对其物性发生变化。作为策略，当进入该操作装置的铝线杆出口温度接近老化温度的最小界限时，有时必须减缓线杆的冷却（即比自然冷却得慢）。方法包括用绝热材料包绕线杆，例如形成足够密闭的空间，防止气流对流产生冷却。也可以维持一段时间的温度，加热到出口温度，或进一步抬高其温度，进而进行后续老化。

用于该过程开始的连续条材可以是离开热成型设备的条材，例如挤压机或铸造轮。该热成型操作应优选包括一个连续铸造操作，产生一个铝芡，然后引导至轧机入口，通过热轧过程将该铝原料的横截面积减少以形成条材。此处所称的“热”轧制是指在操作过程中或其后立即恢复的轧制，且在随后的淬火前进行。对于上述电导体 wire 的铝，指的是轧制过程中出口温度高于 350°C。轧机入口的温度优选为超过溶液处理温度，即电导体 wire 的铝其温度应高于 470°C。

本发明特别适用于上述成分的电导体 wire 的铝。在优选模式下，将采用连续过程，从上游到下游依次包括：连续铸造操作，进入温度超过 470°C 的铝原料；在温度超过 350°C 的第一轧机中连续轧制，形成连续的条材；在线圈出口处对上述条材进行连续淬火，条材在达到 130°C 的温度后进入第二轧机；在超过 130°C 的温度下进行连续轧制，最后通过环境空气的自然冷却老化出产物。第二轧机的入口温度必须受到控制，以便获得轧机的出口温度在 155°C 至 185°C 之间，尤其为 175°C。

例如，使用一Al-Mg-Si型合金，其成分为：Mg: 0.60%；Si: 0.55%；Fe: 0.18%；Zn: 0.006%；Cu: 0.004%；Mn: 0.015%；Ti: 0.001%；V: 0.004%。不过也可以使用含有较多或较少合金元素的铝，这取决于能够承受的成本或财务节省，因成分而对质量产生影响。只要不影响通过本发明流程所选合金的质量改善能力，均不受限制。

上述合金在离开连续铸造机时，它以铝芡的形式呈现，横截面积约为 mm2，温度达到 490°C ，并进入首个含有9道的连续轧机。通过该轧机后，它以直径 15 mm 的圆棒形式，加工温度为 430°C。这个温度下，绝大部分合金元素仍然保持溶解状态，因为在平衡状态下，仅20%的镁和硅以 Mg2 Si 的形式沉淀。

该以约 2.4 m/sec 的速度离开第一轧机的圆棒，接着导向第二连续轧机的入口，二者间的入口距离约2米。两者间，圆棒通过一根直径为30mm，长度约1米的管道，管道上使用冷却乳液以逆流方式，流量可控制，使得圆棒在出口温度 220°C。其他的淬火方法同样有效，例如通过喷射乳液方向射向圆棒，以确保温度可控制在期望温度。

第二连续轧机有四个相同的交叉截面缩减过程，能将圆棒轧制成直径为9.5mm的铝线杆。该铝线杆以175°C的温度与约6 m/s的速度离开第二轧机。所得到的线杆随后被卷绕，并放置在耐火砖制成的容器内。重要的是，容器必须完好无损，以避免空气自然对流导致的冷却。以示例情况，冷却速率为每小时2°C。

然后对获得的性能与通过传统方法获得的相同成分的线杆进行比较，传统方法是：连续铸造之后进行连续热轧，最终卷绕成可在环境空气中自由冷却的线圈，随后进行8小时，温度550°C的解决处理，然后快速降温至45°C。

将根据上表比较这两种类型的9.5mm的线杆，本发明与传统方法应表列如下：

______________________________________
      根据       传统
      发明       方法
      R         σ          ρ       R         σ
      ______________________________________
      线杆     304     7.75     31.10
                 196     21      --
      拉拔到3.60 mm
      348     5     31.30
      285     4.5     34.9
资料拉拔至3.60 mm
      --     --     --     343     7.5     32.13
资料拉拔至3.15 mm
      362     4.5     31.44
      290     4     34.70
资料拉拔至3.15 mm
      --     --     --     350     7     31.95
资料拉拔至3.15 mm
      ______________________________________
        R = 抗拉强度(N/mm²)
        σ = 延展性 (%)
        ρ = 电阻率 (mΩ mm²/m)

本发明并不局限于示例中给出的具体操作模式，或铝的成分。同样可以在不超过本发明范围的情况下，使用具备可沉淀合金元素的铝合金，例如Al-Cu、Al-Cu-Mg、Al-Zn-Mg、Al-Zn-Mg-Cu和Al-Mg-Si。

请联系我们，讨论您对 塑料废料回收粉碎机造粒机的需求。我们经验丰富的销售团队将帮助您识别出最适合您需求的选项。