铸造铝合金电力金具对机械性能的影响分析

铸造铝合金电力金具对机械性能的影响分析

冉竹

中国电建集团成都电力金具有限公司四川省成都市610100

摘要：随着我国社会对于电能需求的不断增加，传统输电线路的输电量已不能满足社会的用电需求，因此，高压输电线路广泛被采用，而高压输电线上不同性能的电力金具需要也愈加明显，各金具企业通过改进电力金具产品的性能,予以满足电网输电线路性能的要求，因此铸造铝合金被广泛的应用电力金具制作工艺。铸造铝合金具具有强度高，重量轻，电气性能优良和抗腐蚀能力强,制造工艺简单且对环境无污染等优点。这些优点使得铝合金电力金具能够在未来被更加普遍的应用。电力金具机械性能受很多因素的影响，宏观上是产品的外观尺寸结构合理程度，微观上是产品材料内部组织的集中表现，通过对铝合金材质熔炼、高压铸造、变质处理以及表面防腐等一系列生产工艺调整的加工处理，优化调整产品内部组织结构，可以得到预期性能效果的产品。

关键词：电力金具；铸造铝合金；机械性能；变质处理；熔炼

1引言

电力是国家发展的重要组成部分，而电网是这一产业的一个重要环节，提高电力输送效率，可以满足人们对电力越来越高的需求，在研究中发现可以采取高压开关罐体使用铸造铝合金材料的方式，来优化电网的输电能力。使用铸造铝合金来铸造高压开关罐体具有一系列的优点，包括体积较小，不受外界环境的影响，不用经常维护，所需要的占地面积小等。铸造铝合金与其他铝合金相比具有价格便宜，容易生产形状复杂的零件，可以得到特殊的组织等一系列优点，使得铸造铝合金被广泛应用。而铸造铝合金的强度和塑性可以通过一系列的加工工艺来提高，比如对铝液的熔炼、热处理工艺和变质处理工艺等，不同的加工工艺，对铸造铝合金的影响也不同。

2电力金具概述

电力金具是起连接和组合作用的金属附件，主要负责将电力系统中的各部分装置连接组合起来，电力金具可以将机械或电气负荷向下传递，除此之外，电力金具也具有防护的作用。

电力金具按照不同的分类方式可以分为许多种类型。按照电力金具的作用，可以分为悬垂线夹、耐张线夹、连接金具、保护金具、接触金具等。按照电力金具在实际中的用途，可以分为线路金具和变电金具两种类型。其中，悬垂线夹又可以称为悬吊金具，主要作用是在绝缘子串上悬挂导线或者跳线。耐张线夹又称为锚固金具，主要作用是将导线的终端紧紧地固定在耐线绝缘子串上，有些耐张线夹还可以作为导电体。连接金具的主要作用是将绝缘子串连接起来，或将金具与金具之间连接起来。保护金具的主要作用是保护导线、绝缘子等。接触金具是通过电气接触将硬母线、软母线、出线端子这几个部件连接起来，同时还可以将导线的T接及不承受力的并线连接起来。

3铸造铝合熔炼工艺分析

铝合金的熔炼包括配料计算、炉料处理、熔炼设备的选取、熔炼工具的处理及工艺过程的控制几个部分。

3.1熔炼设备的选择

常见的铝合金熔炼设备主要有两大类：电炉和燃料炉。在通常情况下，在进行熔炼时采用较大的设备可以使金属熔炼的损耗降低，偏析减少。由于采用反射炉和感应电炉各有其优缺点，因此，一般使用的是连续高效燃气炉，可以使熔炼的炉料提前进行预热、实现连续熔炼、成分也比较均匀。

3.2熔炼工艺控制

在投料塔中放入合格的纯铝或铝合金和一定比例的回炉料，将熔炼炉调制升温状态，将铝锭及部分可回炉的回炉料进行熔炼。当铝液达到容器的三分之一时，加入硅及相应合金元素，并将其压至铝液的下层，下压硅及合金元素时应避免熔炼炉发生损耗。当铝液的温度达到700-720℃时，进行搅拌，防止因铝锭在熔炼后因重力作用，造成成份偏析现象的发生，但需要注意的是在搅拌过程中不能使铝液表面产生浪花，防止将空气中的氧气等带入铝液中。当铝液温度再次升高升至720-750℃，添加覆盖清渣剂，接着进行搅拌，搅拌过程中同样不能使铝液表面产生浪花,且搅拌应充分均匀，根据铝液多少以及熔炼炉大小，搅拌时间不同。将铝液静置一段时间后，进行扒渣作业，操作过程中，应确保铝液温度控制在该温度范围内。用专用工具将高效精炼剂压到铝液中缓慢移动，此外还需添加覆盖清渣剂，然后进行精炼处理，精炼过程结束后需要立即进行清渣作业，精炼剂、覆盖清渣剂添加量需根据铝液的不同略有区别。对铝液进行光谱分析，看是否合格，若不合格则需要进行调整，直到调整到合格为止。

变质处理工艺是指在合金中加入一定量的变质剂，以达到使铝液的金相组织发生变化，形成共晶体的目的。常用的变质剂包括钠、锶、钇、铋、硫等，所用的变质剂不同，变质反应的程度也不同。目前常用的变质处理方法主要有钠盐变质法和铝锶中间合金变质法。其中钠盐变质法具有价格便宜、制备简单的优点，适用于生产批量小、对产品的要求不高的生产。主要缺点是在变质处理中由于钠元素的存在，会在过程中产生白烟，烧损情况也比较激烈，对环境和人体都会产生危害，且钠对坩埚具有腐蚀作用，降低熔炼炉的使用寿命，此外该方法的充分变质的有效时间比较短。熔炼工艺过程控制主要包括加料顺序、加料质量，以及熔炼温度和时间把控等，以获得高质量的铝液和好的熔炼效果。高质量的铝液主要能满足铝液的化学成分满足国家标准的规定，合金成分比较均匀；合金液的成分比较纯净、氧化夹杂和溶剂夹杂含量比较低；变质处理后，变质效果良好。

4铸造铝合金电力金具组织对机械性能的影响

通过对电力金具铝合金产品的铸造工艺进行改进调整，并对铝液熔炼、热处理前后、表面处理、变质处理前后的机械性能、金相组织等进行分析。热处理可以改变组织形态、晶粒得以细化，强韧性匹配得以明显地提高。

在铸造过程中合金钛元素的加入，使得铝合金的得到机械强度显著地提高。在对铸造铝合金的变质处理试验中，我们发现锶元素的加入，使得铝合金的抗拉强度和伸长率都大大提高，因为对铸造铝合金进行变质处理，可以起到细化晶粒的作用，铝合金内的组织细化，铸件强度也大大提高。在操作过程中,需要注意以下工艺过程的严格把控：

1）铝液的化学成分需要严格的控制，不需要的元素含量不能超过标准要求。

2）熔炼和铸造过程中要防止各种缺陷的产生，包括夹杂、疏松、偏析、气孔等。避免晶体由于冷却速度太慢而变得过大。

3）是否进行热处理工艺则根据需要而定，若需要进行热处理工艺，则严格按照工艺流程要求进行，以达到标准要的合金强度。热处理过程中，对保温炉的选择，升温速度，保温时间以及产品在炉膛内的装框方式，淬火介质等都有严格的要求。

4）在对合金液进行变质处理时，避免变质不足或者是变质过度。

5）合金元素的加入，需要综合考虑强度、塑性等因素，不可随意加入。

5结语

由于铝合金金具有很好的抵抗热裂性能，良好的电气性能和加工性能。因此，在电力金具中得以广泛的使用，许多企业为了提高自身的竞争力，通常采用降低成本、提高产品质量等方式，对铝合金进行配料、熔炼可以有效的降低企业的生产制造成本，获得比较好的经济效益。通过试验我们可知，变质处理和热处理工艺能够很好地改善铸造铝合金的组织，并且能够细化晶粒，对铝合金的强度和塑性的提高起着很大的作用，因此，在实际生产过程中，想要获得高质量的铸造铝合金，就需要严格按照铸造铝合金的工艺要求和工艺流程来进行加工，这样才能够使铸造铝合金金具随着市场的发展需求而不断提高和完善。

参考文献：

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