生产工艺对铝合金导电轨型材的导电率的影响

华昌铝厂在生产铝轨体型材时，发现工艺对铝导轨导电率有一定的影响，从而总结出了一套严格的6101B铝合金导电轨型材生产工艺流程及标准，严格按照该工艺生产完全可以满足客户导电率的同时保证铝型材的其它质量要求。

         钢铝复合导电轨，由铝轨本体和不锈钢带两部分构成，铝轨本体的电刷面上复合有不锈钢带，且二者的复合界面为无间隙结合。本实用新型与现有技术相比不但结构简单，而且导电性好、电流容量大；比重小、安装方便；耐腐蚀、耐磨性好，使用寿命长。广泛应用于城市轨道交通供电用。其特征是：铝轨本体的电刷面上复合有不锈钢带，且二者的复合界面为无间隙结合，其结构合理、工艺性好、导电性能

好、载流量大、耐腐蚀性强。

　　铝轨本体所用材质为6101B一T6。6101B合金属AI—Mg—Si系可热处理强化合金，具有优良的导电性和中等强度，使用情况要求该合金的硬度必须控制在一个中等强度范围内，而且延伸率必须满足标准要求，有较大的生产难度。为此我们对生产工艺进行了研究，重点对化学成分、挤压速度、人工时效制度等对材料强度、硬度、延伸率和导电率的影响方面进行了研究，并生产出了合格产品[1]。

　　一 技术要求：

　　1 合金牌号及状态：该导电轨采用6101B合金，热处理状态为T6状态。

2 性能要求：抗拉强度≥215MPa，屈服强度≥168MPa，延伸率≥6％ ，导电率IACS≥55%。

3 型材表面质量要求：表面不能有裂纹、分层、腐蚀、氧化夹杂物、气泡、起皮、机械损伤、边缘应平齐、无毛刺。

二 生产工艺的确定

1 熔铸工艺的确定

　　1.1 化学成分的确定

1.1.1 Mg、Si：Mg、Si是该合金的主要强化元素，在合金中形成强化相Mg2Si，成分设计时应保证的Mg、Si平衡含量(为Mg：Si=1．73)，因Si过剩有助于合金的强化效应，增加制品的最终性能，成分设计时应做到Si稍过量，所以Mg：Si应控制在1.3-1.4之间为宜。

　　1.1.2 Mn:合金中加入少Mn可以在一定程度上消除AlFeSi组织的有害影响,提高强度,改善耐蚀性,冲击韧性和弯曲性能，并减少制品的挤压纹，但锰含量过高会对电导率产生不利影响。故6101B合金中Mn含量因从严控制。

　　1.1.3 Ti：可以减少铸锭的柱状晶组织,细化制品晶粒,并改善合金的工艺性能，但钛元素会降低合金的导电率，所以含量设计时，在保证铝合金圆铸锭的晶粒度不大于二级的情况下，该元素的含量应尽量少。

　　1.1.4 Fe:合金中少量的Fe能起到细化晶粒、强化力学性能的作用,但同时也会降低制品的导电率，故要适当降低气Fe的含量，以确保合金的电导率。
6061B合金中主要杂质元素Fe、Mn、Cr、Ti，对导电率及电阻率的影响见表1-1所示：

　　表1-1  铝中杂质元素对导电率及电阻率的影响[2]

从上表中知道这些元素对导电率的影响很大，故而成分设计时，都要尽可能应取下限，降低这些杂质元素的含量。

　　综合上述各种元素的考虑，本公司制定其化学成分如表1-2所示：

　
1.2 熔铸工艺

　　1.2.1 为了减少有害杂质对型材导电率的影响，全部采用杂质含量少的优质铝锭作为主要原材料，熔炼温度控制在720℃～750℃。

　　1.2.3 精炼温度为730℃～750℃，精炼方法采用“99.995%以上的高纯氮气+精炼熔剂”法，精炼两次以上，每次的时间控制在15-20分钟，熔体表面的浮渣必须扒干净，保证炉内熔体的清洁。

　　1.2.4 炉前分析成分合格后，静置20-25分钟。

　　1.2.5 铸造前必须将溜槽及分流盘清理干净，以免带入杂质，影响铸棒质量。

　　1.2.6 铸造过程采用优质的50ppi过滤板，在过滤箱前端安放双层20ppi的过滤布，便于过滤掉一些大的表面浮渣，保证铸棒质量。

　　1.2.7 铸造工艺参数
       
铸造工艺参数见表1-3 所示：

     

序号	铸锭直径mm	铸造速度mm/min	铸造温度℃	水压MPa
1	229	87～95	710～720	0.10-0.12
2	355	56～62	710～725	0.05～0.10

2 挤压工艺


产品生产工艺流程为：铸锭加热——挤压——在线淬火——拉伸矫直——切头、尾——取低倍试样??——半成品锯切——人工时效——成品检验一入库

 

　　试生产在27.5MN挤压机上进行，采用￠229X900mm的铝棒，主要挤压工艺参数如表2-1所示。

　　
3 热处理工艺

　　因客户要求导电轨型材的硬度控制在12HW，以及导电率（IACS）控制在55%以上，为了能够找出6101B一T6导电轨最佳的挤压出口淬火方式和时效处理工艺制度。由于导电轨热处理状态要求为6101B-T6状态，故我们采用水雾冷却的淬火方式。为确保型材的是质量，要求时效前，型材装框时，注意料与料之间保持一定的间隔，不可摆放过密。在考虑生产效率及生产成本的前提下，我们人工时效采用多种常规的标准时效工艺和过时效工艺进行时效处理，以寻找出最佳的时效工艺。

　　有代表性的处理工艺制度如表3-1所示。

通过由表3-1所示的试验数据可见了解到，采用水雾淬火方式淬火时，不同的人工时效制度所得的机械性能和导电率也不同，由表中数据可见第3、4、8和9组试验结果符合客户的技术要求，在满足客户技术要求的前提下，为了提高劳动生产率，本公司采用第4组时效制度。本公司按照该工艺技术条件，生产了铝导电轨型材30多吨，用户反映使用情况良好，目前大量生产交货。

　　三、结论

　　生产6101B一T6铝导电轨型材，尽量在选用杂质总量较少的普通高纯铝锭。其最佳生产工艺为：化学成分镁硅含量比控制在1.3-1.4之间为宜，并做到铜锰钛等含量尽可能少；铁含量控制在下线。以11m/min左右的速度挤压，出口温度控制在520-530℃，采用水雾冷淬火方式；然后在200±5℃x4h的人工时效制度采用适当的过时效时效,即可获得满足客户要求性能的产品。

摘要：研究了6101B-T6 合金铝导电轨型材的生产工艺，着重研究了不同的时效处理工艺对材料性能的影响。

关键词：导电轨、6101B-T6、人工时效、导电率