摘 要

能源和材料是21世纪的重要研究课题，能源需要材料来进行储备、输送等。能源和材料的研究与应用能促进国民经济的发展。随着国民经济的发展，电力行业也发展迅速。作为新形势下电力输送的首选材料，国内外对铝合金的研究与应用日益增多。为此，本文采用正交设计试验研究了Mg、Si、Cu对铝合金强度与电导率的影响，探究了Mg、Si、Cu对Al基体组织的影响，从而探究其在铝合金中的最佳添加量。通过大量的试验研究，协调抗拉强度与电导率的平衡，最终选择出铝合金元素添加的优化方案为Al0.45Mg0.4Si0.3Cu，抗拉强度（σ_b）为135MPa，电导率（σ）为53.3MS/m，布氏硬度为45.9HB。此外，通过显微组织分析，得出Mg、Si、Cu的添加使Al基体组织的均匀度和纯净度遭到破坏，从而使铝合金电导率下降，强度升高的结论。

关键词：Mg、Si、Cu；铝合金；强度；电导率

Abstract

Energy and materials is an important research topic in the 21st century, and the energy is required to reserve materials, transportation and so on.Research and application of energy and materials could promote the development of the national economy.With the development of the national economy, the power industry has developed rapidly.Under the new situation as the preferred material for power transmission research and application at home and abroad for aluminum is increasingIn this respect, the use of orthogonal design study of Mg, Si, Cu impact strength and electrical conductivity of aluminum alloy, explores Mg, Si, Cu influence of Al matrix structure, which explore the best in aluminum alloys addition in this paper.Through a large number of experimental studies, coordination and balance tensile strength and electrical conductivity, and ultimately selected the aluminum alloy element is added to optimize solutions for Al0.45Mg0.4Si0.3Cu.And the tensile strength (σ_b) is 135 MPa, the electrical conductivity (σ) of 53.3MS / m, Brinell hardness 45.9HB.In addition,there is a conclusion that the Mg, Si, Cu is added so that the uniformity of Al matrix structure and purity of destruction, so that the conductivity of aluminum falls and strength increases by microstructure analysis.

Key words：Mg、Si、Cu；Aluminum alloy；strength；Electrical conductivity

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 国内外对铝合金导线的应用与研究现状 1

1.2.1 国外对铝合金导线的应用与研究现状 1

1.2.2 国内对铝合金导线的应用与研究现状 2

1.3 铸造铝合金在电力系统中的应用 3

1.4 几种元素对铸造铝合金强度与电导率的影响 3

1.5 Al-Mg-Si-Cu合金样品制备工艺概述 5

1.6 本文研究的目的及意义 5

1.7 本文研究的内容 5

第2章 试验过程与测试方法 7

2.1 试验原料与设备 7

2.2 合金成分正交设计 7

2.3 合金的熔炼 8

2.4 试样性能测试 8

2.4.1 电导率测试 8

2.4.2 力学性能测试 9

2.5 金相组织观察与分析 10

2.6 成分分析 10

第3章 试验结果与分析 11

3.1 合金成分的正交结果分析与优化选择 11

3.2 试样的显微组织观察 13

3.3 试样的成分分析 14

第4章 结论 16

参考文献 17

致谢 18

第1章 绪论

1.1 引言

近些年来，我国的国民经济持续快速健康发展，而作为国民经济的保障的电力行业的发展也非常迅速，已经逐渐形成了一个“西电东送、南北互供、全国联网”的战略格局^[1]，与此同时，改造远距离、大容量输电线路也必须提上日程。但是在这个过程中，由于在改造老电路的同时，还需要架设远距离、大跨度、大容量的新输电线路，然而现有架空输电线路所用材料已不能满足新形势下的需求，这些问题都亟待解决。因此，根据实际需要，寻求新材料代替现有材料来制造架空导线就势在必行。

根据实际需要，新架空导线需要满足以下几个要求：（1）强度高；（2）重量轻；（3）较好的导电性能（53%IACS）；（4）耐磨损；（5）环境友好等^[2]。现在应用较多的传统材料铜（Cu）虽然满足以上条件，但是在地壳中，铜的储备量不高，仅仅达到0.01%（质量分数）。正因为如此，随着铜的大量消耗，其价格也随之攀升。自2005年以来，因行业用铜量大而使铜价飙升，不论用户与电缆制造商都望“Cu”兴叹^[3]，希望寻求替代品。而铝（Al）相比铜而言，它的电导率只比铜小，强度更高，密度更小而适合远距离输电，而且价格比铜更为低廉，资源也更为丰富。在地壳中，铝的含量在所有元素中排第三，所有金属元素中排第一，占地壳总量的8.13%（质量分数）。因此，架空铝合金导线更有优势，更能满足要求，使其广泛应用于电线电缆行业，以达到“以铝节铜”^[4]的目的。

由于铝合金制成的架空铝合金导线拥有导电性好、比重小、比强度高、耐腐蚀性好的优点，且满足远距离、大跨度输电的要求，因此对架空铝合金导线的研究就具有很好的理论和实际意义，因而对架空铝合金导线的研究就至关重要。而且对于如何使架空铝合金导线在输变电领域的地位和应用得以提高来创造更高的社会价值这一问题的研究也显得十分重要。如果研究清楚这些课题，将会促进我国高新技术的发展，也会解决电力输送问题，从而减小因电力需求加大而产生的压力，更会促进社会的发展。