退火工藝對8030鋁合金桿性能的影響研究

紀劍峰 王歡

（新疆眾和股份有限公司 烏魯木齊 830013）

前言

隨著現代工業的快速發展，我國已成為全球最大的電線電纜生產國[1-2]。8030鋁合金電纜與純鋁電纜相比抗蠕變性能得到顯著改善，因此在工業與民用建筑領域得到越來越廣泛地運用[3]。

在國家加快打造世界一流5G 生態網絡的戰略部署下，8030 鋁合金電纜需求量將迎來爆發式的增長。但5G基站對通訊電纜的要求進一步提高，要求具有一定導電率和抗拉強度的基礎上，具有更優秀的加工性能，從而保證可將9.5mm 的鋁合金桿順利拉拔至0.08～0.12mm 的成品，而8030 鋁合金桿的退火工藝是影響加工過程和成品性能參數的關鍵[4]。因此本文研究了退火溫度、退火時間等關鍵參數對8030鋁合金桿力學性能的影響，從而為提高8030鋁合金電纜生產技術的提升提供參考。

1 實驗

1.1 實驗材料和設備

用連鑄連軋機組采用相同的生產工藝生產出直徑9.5mm 的8030 合金桿進行實驗，退火前其物理性能和電性能如下表1所示。

表1 8030鋁合金桿退火前物理性能和電性能

1.2 性能指標檢驗方法

使用CMT4204 型20KN 微機控制電子萬能試驗機，按GB/T 4909.3-2009 的規定進行拉力試驗測試抗拉強度和伸長率，拉力試驗機夾頭移動速度為50mm/min。測量電阻率使用PC360C 型電阻率測試系統，按GB/T 3048.2-2007 規定的試驗方法測量電阻率，系統總誤差為±0.15%。

1.3 退火方案設計

主要研究退火溫度和退火時間對8030鋁合金桿抗拉強度、伸長率和電阻率的影響。所設計實驗的退火溫度間隔為10℃，溫度范圍從320℃至380℃；退火時間間隔20min，時間范圍從120min至240min。退火爐溫度曲線及入料、取料操作規定如下圖1所示。

圖1 退火爐溫度曲線及入料、取料操作規定

2 實驗結果與分析

2.1 退火工藝對8030合金桿物理性能的影響

退火溫度對8030合金桿抗拉強度和伸長率的影響如圖2 所示。可以看出隨著退火溫度升高，8030合金桿的抗拉強度不斷降低，伸長率不斷提高。

8030 合金桿經過連鑄連軋的加工變形以后，晶體發生點陣畸變，造成晶體內出現許多點缺陷、位錯、亞晶界等晶體缺陷，晶體內部儲能增大，存在不穩定的組織。通過退火，使位錯通過滑移、攀移等方式運動和位錯重新組合，異號位錯對消，多變化轉變亞晶組織，胞狀亞組織轉變為亞晶粒，經過退火后這些晶粒全部變成再結晶晶粒，晶體內的存儲能減低，不穩定組織轉變為穩定組織，加工硬化程度降低或消除，抗拉強度不斷降低，同時伸長率提高[5]。

圖2 退火溫度對8030合金桿物理性能的影響（180min）

圖3為退火時間對8030合金桿物理性能影響的研究結果。從圖中可以看出，隨著退火時間延長，8030合金桿的抗拉強度不斷降低，伸長率不斷提高，但退火時間延長至200min以后趨勢顯著減緩。含有大量晶體缺陷的8030 合金桿入爐后，不穩定的晶體缺陷快速的運動和轉變，在退火時間大約在200min時幾乎所有的變化完成，加工硬化基本得到全部消除，因此再延長時間抗拉強度和伸長率不再發生大的變化。

圖3 退火時間對8030合金桿物理性能的影響（350℃）

2.2 退火工藝對8030合金桿電性能的影響

圖4 退火溫度對8030合金桿電阻率的影響（180min）

圖4 為退火溫度對8030 合金桿電阻率的影響。可以看出退火溫度對8030合金桿的電阻率影響十分顯著，在350℃以下，隨著退火溫度的升高，電阻率顯著減小；在350℃以上，隨著退火溫度的升高，電阻率顯著增大。是因在350℃以下為合金進行不完全再結晶，晶體中位錯等晶體缺陷沒有完全消除，350℃退火晶體已經進行了完全再結晶，晶體缺陷的密度迅速下降，電阻率不斷降低。當退火溫度高于350℃，達到了金屬的再結晶溫度，金屬由回復階段進入再結晶過程，合金中第二相溶解的數量和過飽和固溶體濃度增加，導致基體晶格畸變區變大，電子散射源的數量增加，導電電子的平均自由程變小，因此電阻率增大[6-7]。

退火時間對8030合金桿電阻率的影響如圖5所示。實驗結果表明，隨著退火時間延長，8030合金桿的電阻率先快速降低，但退火時間延長至200min 以后基本保持不變。這一規律產生的原因是8030合金桿內的晶體缺陷在退火時間大約200min左右完成修復，再延長時間電阻率將不再發生變化。

圖5 退火時間對8030合金桿電阻率的影響（350℃）

3 結論

以連鑄連軋法生產的8030 合金桿為研究對象，在320℃至380℃、120min 至280min 范圍內研究了退火溫度、退火時間對8030 鋁合金桿物理性能和電性能的影響，得出以下結論：

（1）隨著退火溫度升高，8030合金桿的抗拉強度不斷降低，伸長率不斷提高；電阻率先快速降低再快速升高，拐點為350℃。

（2）隨著退火時間延長，8030合金桿的抗拉強度不斷降低，伸長率不斷提高；電阻率先快速降低，200min以后保持不變。