RU2815427C1

RU2815427C1 - Method for producing a conductor from an alloy of the al-fe system

Info

Publication number: RU2815427C1
Application number: RU2022132494A
Authority: RU
Inventors: Максим Юрьевич Мурашкин; Андрей Евгеньевич Медведев; Ольга Олеговна Жукова; Иван Валерьевич Смирнов
Filing date: 2022-12-12
Publication date: 2024-03-14

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy and electrical engineering.

SUBSTANCE: methods for producing high-strength alloys of the Al-Fe system used for the production of conductors in the form of wires, plates and busbars intended for use in electrical products operating under high mechanical loads with the maximum permissible continuous operating temperature 150°C. The method includes obtaining a molten iron in aluminium, casting and cold deformation of the cast billet, while obtaining a molten iron in aluminium is carried out at a temperature of 850-900°C, exceeding the liquidus temperature for these alloys, the production of a cast billet in the form of a rod with a diameter of 8 to 16 mm is carried out by continuous casting in an electromagnetic crystallizer with a cooling rate of 1000-3000° C/s, ensuring the formation and uniform distribution in the aluminium matrix of highly dispersed intermetallic particles of the iron-aluminium phase, the average size of which does not exceed 180 nm, in at least one direction, and the subsequent cold deformation of the rod is performed by drawing.

EFFECT: increase in mechanical strength while maintaining high values of electrical conductivity and heat resistance at temperatures of long-term operation in the temperature range up to 150°C.

1 cl, 2 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии и электротехники, а именно к способам получения высокопрочных сплавов системы Al-Fe, используемых для производства проводников в виде проволок, пластин и шин, предназначенных для использования в электротехнических изделиях, эксплуатирующихся при высоких механических нагрузках с максимально допустимой непрерывной рабочей температурой в 150°С.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy and electrical engineering, namely to methods for producing high-strength alloys of the Al-Fe system used for the production of conductors in the form of wires, plates and busbars intended for use in electrical products operating under high mechanical loads with the maximum permissible continuous working temperature 150°C.

Известны проводники из сплавов системы Al-Fe, например марок 8176 и 8030, предназначенные для применения в кабельно-проводниковой продукции, содержащие (масс. %) 0.4-1.0 Fe, 0.03-0.15 Si и 0.3-0.8 Fe, 0.15-0.3 Cu, 0.10 Si соответственно, выпускаемые как за рубежом [1], так и в России [2]. Проводники изданных сплавов изготавливают способом, включающим последовательно методы непрерывного литья и прокатки или методом совмещенного непрерывного литья и прокатки-прессования, и холодное волочение [2, 3].Known conductors are made from alloys of the Al-Fe system, for example grades 8176 and 8030, intended for use in cable and wire products, containing (wt.%) 0.4-1.0 Fe, 0.03-0.15 Si and 0.3-0.8 Fe, 0.15-0.3 Cu, 0.10 Si, respectively, produced both abroad [1] and in Russia [2]. Conductors of these alloys are manufactured by a method that includes sequential methods of continuous casting and rolling or a method of combined continuous casting and rolling-pressing, and cold drawing [2, 3].

К недостаткам известного способа получения проводников (проволок) из указанных сплавов следует отнести то, что на верхнем пределе содержания легирующих элементов, прежде всего по железу, не обеспечивается необходимая технологическая пластичность при деформационной обработке волочением из-за формирования относительно грубых интерметаллидных частиц железосодержащих фаз, что приводит к повышенной обрывности при получении тонкой проволоки, а при низком содержании железа - недостаточный уровень прочностных характеристик [1, 2]. К недостаткам проводников, полученных из этих сплавов, относится их низкая прочность (предел прочности не более 152 МПа) и низкая термостойкость из-за разупрочнения при нагревах свыше 100°С.The disadvantages of the known method for producing conductors (wires) from these alloys include the fact that at the upper limit of the content of alloying elements, primarily iron, the necessary technological plasticity during deformation processing by drawing is not ensured due to the formation of relatively coarse intermetallic particles of iron-containing phases, which leads to increased breakage when producing thin wire, and with a low iron content - an insufficient level of strength characteristics [1, 2]. The disadvantages of conductors made from these alloys include their low strength (tensile strength no more than 152 MPa) and low heat resistance due to softening when heated above 100°C.

Известны способы получения сплавов, содержащих железо в качестве основного легирующего элемента, направленные на улучшение комплекса свойств проводников, выполненных из них. В изобретении [4] предложен способ получения электрического проводника из сплава Al-Fe с содержанием железа от 0.5 до 5 масс. % с использованием порошковой металлургии. Проводники получают путем прессования/экструзии гранул в интервале температур 350-550°С, изготовленных центробежным распылением жидкого расплава металла. После дополнительной холодной прокатки проводник сплава Al-Fe c содержанием железа 2.9 масс. % Fe демонстрирует предел прочности 246 МПа, электропроводность 56,9% IACS и термическую стабильность прочностных характеристик после отжига при температуре 240°С, 4 часа, что соответствует требованиям, предъявляемым к термостойким проводникам из алюминиевых сплавов типа AT1 и АТ2 согласно [5]. Основным недостатком известного способа получения проводника из сплава Al-Fe является то, что он включает сложную и дорогую технологию порошковой металлургии. Недостатком проводника является его низкая механическая прочность.There are known methods for producing alloys containing iron as the main alloying element, aimed at improving the complex properties of conductors made from them. The invention [4] proposes a method for producing an electrical conductor from an Al-Fe alloy with an iron content of 0.5 to 5 wt. % using powder metallurgy. Conductors are produced by pressing/extruding granules in the temperature range of 350-550°C, produced by centrifugal spraying of liquid molten metal. After additional cold rolling, the Al-Fe alloy conductor with an iron content of 2.9 wt. % Fe demonstrates a tensile strength of 246 MPa, an electrical conductivity of 56.9% IACS and thermal stability of strength characteristics after annealing at a temperature of 240°C for 4 hours, which meets the requirements for heat-resistant conductors made of aluminum alloys of type AT1 and AT2 according to [5]. The main disadvantage of the known method for producing a conductor from an Al-Fe alloy is that it involves complex and expensive powder metallurgy technology. The disadvantage of the conductor is its low mechanical strength.

Известно изобретение, направленное на расширение номенклатуры проводниковых сплавов системы Al-Fe c содержанием Fe 0.4-0.6 масс. % и добавками Zr 0.05-0.10 масс. % и Si до 0.07 масс. % [6]. Способ получения проводника в виде проволоки включает получение исходной прутковой заготовки - катанки диаметром от 8 до 16 мм либо на прокатном стане, либо из расплавленного металла совмещенным методом непрерывного литья и прокатки-прессования, либо совмещенным методом из твердой заготовки по схеме прокатки-прессования, либо с использованием любого другого, работающего по схеме с интенсивной пластической деформацией, последующий отжиг по специальным режимам для повышения технологической пластичности катанки перед волочением и волочение. В результате реализации известного способа сплав Al-Fe имеет структуру, состоящую из алюминиевой матрицы и вторичных выделений эвтектической фазы, причем алюминиевая матрица содержит Si и Zr, а эвтектическая фаза со средним поперечным размером не более 3 мкм - по меньшей мере один из элементов из группы, содержащей Si и Fe. Проводник (проволока) из сплава Al-Fe, полученный предложенным способом, демонстрирует предел прочности 170 МПа, относительное удлинение 5%, электропроводность 59.9% IACS и термостойкость до температуры 150°С.An invention is known aimed at expanding the range of conductor alloys of the Al-Fe system with a Fe content of 0.4-0.6 wt. % and Zr additives 0.05-0.10 wt. % and Si up to 0.07 wt. % [6]. The method for producing a conductor in the form of a wire involves obtaining an initial rod blank - wire rod with a diameter of 8 to 16 mm either on a rolling mill, or from molten metal using a combined method of continuous casting and rolling-pressing, or by a combined method from a solid billet according to the rolling-pressing scheme, or using any other method that operates according to a scheme with intense plastic deformation, subsequent annealing under special conditions to increase the technological plasticity of the wire rod before drawing and drawing. As a result of the implementation of the known method, the Al-Fe alloy has a structure consisting of an aluminum matrix and secondary precipitates of the eutectic phase, wherein the aluminum matrix contains Si and Zr, and the eutectic phase with an average transverse size of no more than 3 μm contains at least one of the elements from the group , containing Si and Fe. The conductor (wire) made of Al-Fe alloy, obtained by the proposed method, demonstrates a tensile strength of 170 MPa, elongation of 5%, electrical conductivity of 59.9% IACS and heat resistance up to a temperature of 150°C.

Недостатком известного способа является сложность обработки, совмещающей две или три операции для получения исходных прутковых заготовок - катанки, а также необходимость проведения специального отжига катанки перед волочением. Недостатком известного способа также является низкая прочность проводника/проволоки из сплава Al-Fe, уступающая прочности термостойких проводников типа AT1 и АТ2 [5].The disadvantage of this known method is the complexity of processing, which combines two or three operations to obtain the original rod blanks - wire rod, as well as the need for special annealing of the wire rod before drawing. A disadvantage of the known method is also the low strength of the conductor/wire made of the Al-Fe alloy, which is inferior to the strength of heat-resistant conductors of the AT1 and AT2 types [5].

Известен способ получения проволоки из алюминиевого сплава, содержащего до 2.2 масс. % Fe и не менее 0.005 и не более 1.0 масс. % по меньшей мере, одного из элементов, выбранных из Mg, Si, Cu, Zn, Ni, Mn, Ag, Cr и Zr, изготавливаемая путем последовательных этапов литья, прокатки, волочения и термической обработки - отжига [7]. Проволока из алюминиевого сплава по данному способу имеет предел прочности при растяжении не менее 110 МПа и не более 200 МПа и электропроводность не менее 58% IACS. Температура эксплуатации проволоки, полученной в результате реализации известного способа, не указана.There is a known method for producing wire from an aluminum alloy containing up to 2.2 wt. % Fe and not less than 0.005 and not more than 1.0 wt. % of at least one of the elements selected from Mg, Si, Cu, Zn, Ni, Mn, Ag, Cr and Zr, manufactured through successive stages of casting, rolling, drawing and heat treatment - annealing [7]. Aluminum alloy wire using this method has a tensile strength of no less than 110 MPa and no more than 200 MPa and an electrical conductivity of at least 58% IACS. The operating temperature of the wire obtained as a result of the known method is not indicated.

Недостатком известного способа является необходимость проведения после литья операции прокатки и отжига после операции волочения, что увеличивает время и усложняет его реализацию. Кроме того, недостатком известного способа является низкая механическая прочность проволоки, полученной в результате его реализации.The disadvantage of this known method is the need to carry out a rolling operation after casting and annealing after the drawing operation, which increases the time and complicates its implementation. In addition, the disadvantage of this known method is the low mechanical strength of the wire obtained as a result of its implementation.

Наиболее близким к предложенному является способ получения проводника из сплава системы Al-Fe, c содержанием железа от более чем 1 до примерно 3 масс. % [8] который включает получение гомогенного расплава железа в алюминии, литье со скоростью охлаждения, гарантирующей образование и равномерное распределение в алюминиевой матрице дисперсных частиц железоалюминиевой фазы размером от 1 до 5 мкм, отжиг при температуре от 260 до 485°С и холодную деформацию. В результате реализации описанного способа в проводнике обеспечивается достижение предела прочности 202 МПа и электропроводность 59% IACS. Температура эксплуатации проводника, полученного в результате реализации данного способа, не указана.The closest to the proposed method is the method of producing a conductor from an alloy of the Al-Fe system, with an iron content from more than 1 to about 3 wt. % [8] which includes obtaining a homogeneous melt of iron in aluminum, casting at a cooling rate that guarantees the formation and uniform distribution of dispersed particles of the iron-aluminum phase ranging in size from 1 to 5 microns in the aluminum matrix, annealing at temperatures from 260 to 485°C and cold deformation. As a result of implementing the described method, the conductor achieves a tensile strength of 202 MPa and an electrical conductivity of 59% IACS. The operating temperature of the conductor obtained as a result of this method is not indicated.

Недостатком известного способа является необходимость проведения отжига литой заготовки, что не позволяет проводить сразу ее холодную деформацию, тем самым увеличивается время и усложняется его реализация. Кроме того, недостатком известного способа является низкая механическая прочность проволоки, полученной в результате его реализации.The disadvantage of this known method is the need to anneal the cast workpiece, which does not allow it to be immediately cold deformed, thereby increasing the time and complicating its implementation. In addition, the disadvantage of this known method is the low mechanical strength of the wire obtained as a result of its implementation.

Задачей предложенного изобретения является разработка простого и экономичного способа получения проводников из сплава системы Al-Fe в виде проволок, пластин или шин, обеспечивающего высокую механическую прочность и адаптивность к условиям промышленного производства продукции электротехнического назначения.The objective of the proposed invention is to develop a simple and economical method for producing conductors from an Al-Fe system alloy in the form of wires, plates or busbars, providing high mechanical strength and adaptability to the conditions of industrial production of electrical products.

Техническим результатом изобретения является повышение механической прочности (предел прочности на разрыв не менее 290 МПа) при сохранении высоких значений электропроводности (не менее 52% IACS) и термостойкости при температуре длительной эксплуатации в диапазоне температур до 150°С проводников из сплавов системы Al-Fe.The technical result of the invention is to increase mechanical strength (tensile strength of at least 290 MPa) while maintaining high values of electrical conductivity (at least 52% IACS) and heat resistance at long-term operating temperatures in the temperature range up to 150°C of conductors made of Al-Fe system alloys.

Технический результат достигается способом получения проводника из алюминиевого сплава системы Al-Fe c содержанием железа от 1.0 до 2.2 масс. %, включающим последовательно приготовление расплава железа в алюминии, литье, холодную деформацию для получения проводника из литой заготовки, отличающимся от прототипа тем, что получение расплава проводят при температуре, превышающей температуру ликвидуса, получение литой заготовки в виде прутка диаметром 8-16 мм осуществляют методом непрерывного литья в электромагнитном кристаллизаторе со скоростью охлаждения не менее 1000°С/с, обеспечивающей образование и равномерное распределение в алюминиевой матрице высокодисперсных интерметаллидных частиц железоалюминиевой фазы, имеющих форму стержней шириной не более 180 нм.The technical result is achieved by a method of producing a conductor from an aluminum alloy of the Al-Fe system with an iron content of 1.0 to 2.2 wt. %, including sequentially preparing a melt of iron in aluminum, casting, cold deformation to obtain a conductor from a cast billet, differing from the prototype in that the production of the melt is carried out at a temperature exceeding the liquidus temperature, the production of a cast billet in the form of a rod with a diameter of 8-16 mm is carried out by the method continuous casting in an electromagnetic crystallizer with a cooling rate of at least 1000°C/s, ensuring the formation and uniform distribution in the aluminum matrix of highly dispersed intermetallic particles of the iron-aluminum phase, in the form of rods with a width of no more than 180 nm.

Технический результат достигается благодаря следующему. Известно, что использование непрерывного литья в электромагнитном кристаллизаторе обеспечивает формирование высокодисперсных интерметаллидных частиц железоалюминиевой фазы близкого к нанометрическому диапазону размера в сплавах на основе алюминия, в том числе легированных элементами, имеющими практически нулевую растворимость в нем в твердом состоянии, как и в сплавах Al-Fe, за счет высокой скорости охлаждения расплава, превышающей 1000°С/с [9,10]. Использование данного метода литья при реализации предлагаемого способа, в отличие от прототипа, позволило сформировать высокодисперсные интерметаллидные частицы железоалюминиевой фазы с размерами, обеспечившими достижение при последующей деформационной обработке более высокий уровень прочностных свойств, чем в ранее предложенных способах, в том числе и в способе по прототипу. Гомогенное/однородное распределение в объеме алюминиевой литой заготовки близких к нанометрическому размеру интерметаллидных частиц железоалюминиевой фазы, которое удалось реализовать, позволило исключить из способа получения проводника из сплава системы Al-Fe операции отжига перед холодной деформацией, используемой в выбранном прототипе. Наряду с образованием волокнистой субструктуры и повышенной плотности дислокаций, которая формируется во всех сплавах на основе алюминия в результате холодной деформации и обеспечивает их упрочнение [11], дополнительная фрагментация (измельчение) высокодисперсных интерметаллидных частиц железоалюминиевой фазы, образовавшихся при реализации литья в электромагнитном кристаллизаторе, в результате холодной деформации позволила достичь повышения механической прочности в проводнике сплава системы Al-Fe в сравнении со способом, заявленном в прототипе. Наличие термически стабильных высокодисперсных частиц железоалюминиевой фазы обеспечило устойчивость сформированной в алюминиевой матрице микроструктуры, что привело к сохранению высокой механической прочности проводника из сплава Al-Fe в диапазоне температур до 150°С.The technical result is achieved thanks to the following. It is known that the use of continuous casting in an electromagnetic crystallizer ensures the formation of highly dispersed intermetallic particles of the iron-aluminum phase close to the nanometric size range in aluminum-based alloys, including those alloyed with elements that have practically zero solubility in it in the solid state, as in Al-Fe alloys , due to the high cooling rate of the melt, exceeding 1000°C/s [9,10]. The use of this casting method in the implementation of the proposed method, in contrast to the prototype, made it possible to form highly dispersed intermetallic particles of the iron-aluminum phase with sizes that ensured the achievement of a higher level of strength properties during subsequent deformation processing than in previously proposed methods, including the method according to the prototype . The homogeneous/uniform distribution in the volume of an aluminum cast workpiece of intermetallic particles of the iron-aluminum phase close to the nanometric size, which was achieved, made it possible to eliminate annealing operations before cold deformation used in the selected prototype from the method of producing a conductor from an alloy of the Al-Fe system. Along with the formation of a fibrous substructure and increased dislocation density, which is formed in all aluminum-based alloys as a result of cold deformation and ensures their strengthening [11], additional fragmentation (grinding) of highly dispersed intermetallic particles of the iron-aluminum phase formed during casting in an electromagnetic crystallizer, in as a result of cold deformation, it was possible to achieve an increase in mechanical strength in the conductor of the Al-Fe system alloy in comparison with the method stated in the prototype. The presence of thermally stable highly dispersed particles of the iron-aluminum phase ensured the stability of the microstructure formed in the aluminum matrix, which led to the preservation of the high mechanical strength of the Al-Fe alloy conductor in the temperature range up to 150°C.

Также известно, что железо имеет практически нулевую растворимость в алюминии [12] и по этой причине его отсутствие в алюминиевом твердом растворе сплава на всех этапах реализации предлагаемого способа не оказывает заметного влияния на электропроводность, позволяя сохранять ее на высоком уровне.It is also known that iron has practically zero solubility in aluminum [12] and for this reason its absence in the aluminum alloy solid solution at all stages of the implementation of the proposed method does not have a noticeable effect on the electrical conductivity, allowing it to be maintained at a high level.

При диаметре литой заготовки менее 8 мм невозможно реализовать необходимую степень деформации при получении проводника для достижения требуемого уровня механической прочности. При диаметре литой заготовки более 16 мм происходит огрубление интерметаллидных частиц железоалюминиевой фазы вследствие снижения скорости охлаждения расплава при кристаллизации.When the diameter of the casting is less than 8 mm, it is impossible to realize the required degree of deformation when obtaining a conductor to achieve the required level of mechanical strength. When the diameter of the cast billet is more than 16 mm, coarsening of the intermetallic particles of the iron-aluminum phase occurs due to a decrease in the cooling rate of the melt during crystallization.

Сущность изобретения поясняется иллюстрация микроструктуры проводника из сплава системы Al-Fe, полученного по предложенному способу где Фиг.1 и Фиг. 2.The essence of the invention is illustrated by an illustration of the microstructure of a conductor made of an alloy of the Al-Fe system, obtained by the proposed method, where Fig. 1 and Fig. 2.

На Фиг. 1 (а-в) представлена микроструктура заготовки из сплава системы Аl-Fе, полученной литьем по предложенному способу, обеспечивающим кристаллизацию высокодисперсных интерметаллидных частиц железоалюминиевой фазы (1), размеры и распределение которых в алюминии (2) придают ему повышенный уровень механической прочности, при сохранении хорошей электропроводности и термостойкостью до максимально допустимой непрерывной рабочей температуры в 150°С при последующей деформационной обработке литой заготовки. Природу образовавшихся интерметаллидных фаз иллюстрирует изображение микроструктуры на Фиг.1в, полученное методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. На нем видно, что в состав высокодисперсных интерметаллидных частиц входит железо (3).In FIG. 1 (a-c) shows the microstructure of a workpiece made of an alloy of the Al-Fe system, obtained by casting according to the proposed method, which ensures the crystallization of highly dispersed intermetallic particles of the iron-aluminum phase (1), the sizes and distribution of which in aluminum (2) give it an increased level of mechanical strength, with maintaining good electrical conductivity and heat resistance up to the maximum permissible continuous operating temperature of 150°C during subsequent deformation processing of the cast workpiece. The nature of the formed intermetallic phases is illustrated by the image of the microstructure in Fig. 1c, obtained by energy-dispersive X-ray spectroscopy. It shows that the composition of highly dispersed intermetallic particles includes iron (3).

На Фиг. 2(а, б) представлена микроструктура проводника в виде проволоки, полученного по предложенному способу из сплава системы Al-Fe, после холодной деформации. Видно (Фиг. 2а), что после деформации в алюминиевой матрице высокодисперсные частицы интерметаллидной фазы, содержащей железо, фрагментируются и измельчаются, образовывая компактные дисперсоиды размером не более 180 нм (2). В результате деформации в алюминиевой матрице также формируется волокнистая микроструктура, в которой волокна (4) ориентированы в направлении деформации (Фиг. 2б). Тип дифракционной картины (5) свидетельствует о том, что в результате деформационной обработки волокна образованы субзернами, имеющими малоугловую разориентацию границ.In FIG. Figure 2(a, b) shows the microstructure of a conductor in the form of a wire obtained by the proposed method from an alloy of the Al-Fe system after cold deformation. It can be seen (Fig. 2a) that after deformation in the aluminum matrix, highly dispersed particles of the intermetallic phase containing iron are fragmented and crushed, forming compact dispersoids with a size of no more than 180 nm (2). As a result of deformation, a fibrous microstructure is also formed in the aluminum matrix, in which the fibers (4) are oriented in the direction of deformation (Fig. 2b). The type of diffraction pattern (5) indicates that, as a result of deformation treatment, the fibers are formed by subgrains having a low-angle misorientation of the boundaries.

Из представленных иллюстраций следует, что предложенный способ обработки приводит к формированию микроструктуры, обеспечивающей более высокий уровень механической прочности в проводнике из сплава системы Al-Fe в сравнении с известными способами при сохранении хорошей электропроводности и термостойкости.From the presented illustrations it follows that the proposed processing method leads to the formation of a microstructure that provides a higher level of mechanical strength in a conductor made of an Al-Fe system alloy in comparison with known methods while maintaining good electrical conductivity and heat resistance.

Пример осуществления изобретения.An example of the invention.

В опытно-промышленных условиях ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики» (https://www.npcmgd.com.) сплав системы Al-Fec содержанием железа 1.7 масс. % получали методом непрерывного литья в электромагнитный кристаллизатор. Расплав готовили на основе алюминия марки А85 (ГОСТ 11069-2001). Плавка велась в следующей последовательности. После расплавления алюминия вводили мастер-сплав/шихту Fe₈₀Al₂₀ в пропорциях, подобранных для соответствия требуемой концентрации железа. Расплав заливали в электромагнитный кристаллизатор, получая литую прутковую заготовку диаметром 12 мм. Температура литья была выше 840°С, т.е. выше температуры ликвидуса. Скорость охлаждения при кристаллизации заготовки была не менее 1000°С/с (определялась по диаметру дендритной ячейки [13]). Полученная микроструктура заготовки представлена на Фиг. 1.In the pilot-industrial conditions of NPC Magnetic Hydrodynamics LLC (https://www.npcmgd.com.), the alloy of the Al-Fec system contains 1.7 wt. iron. % was obtained by continuous casting into an electromagnetic crystallizer. The melt was prepared based on aluminum grade A85 (GOST 11069-2001). Melting was carried out in the following sequence. After melting the aluminum, the master alloy/charge Fe ₈₀ Al ₂₀ was introduced in proportions selected to match the required iron concentration. The melt was poured into an electromagnetic crystallizer, obtaining a cast rod billet with a diameter of 12 mm. The casting temperature was above 840°C, i.e. above the liquidus temperature. The cooling rate during crystallization of the workpiece was no less than 1000°C/s (determined by the diameter of the dendritic cell [13]). The resulting microstructure of the workpiece is shown in Fig. 1.

Литую заготовку подвергли волочению при комнатной температуре на лабораторном цепном волочильном стане за 8 технологических переходов с суммарной деформацией (обжатием) 94%. Степень вытяжки 16. В результате проведенной деформационной обработки получили проволоку диаметром 3 мм. Из полученной проволоки были изготовлены образцы для исследований механических свойств, электропроводности и термостойкости. Механические испытания образцов осуществляли в соответствии с требованиями ГОСТ 10446-80 «Проволока. Метод испытания на растяжение» [14]. Удельное электрическое сопротивление (R₂₀) образцов определяли в соответствии с требованиями ГОСТ 7229-76 «Кабели, провода и шнуры, метод определения электрического сопротивления токопроводящих жил и проводников» [15]. Величину R₂₀ переводили в единицы % IACS. Термостойкость образцов оценивали по требованиям [5].The cast billet was drawn at room temperature on a laboratory chain drawing mill in 8 technological transitions with a total deformation (compression) of 94%. The drawing ratio was 16. As a result of the deformation treatment, a wire with a diameter of 3 mm was obtained. Samples were made from the resulting wire to study mechanical properties, electrical conductivity and heat resistance. Mechanical tests of the samples were carried out in accordance with the requirements of GOST 10446-80 “Wire. Tensile test method" [14]. The electrical resistivity ( _R20 ) of the samples was determined in accordance with the requirements of GOST 7229-76 “Cables, wires and cords, method for determining the electrical resistance of current-carrying cores and conductors” [15]. The _R20 value was converted to % IACS units. The heat resistance of the samples was assessed according to the requirements [5].

Сформированная в ходе реализации предложенного способа обработки микроструктура проводника в виде проволоки из сплава Al-Fe представлена на Фиг. 2. Она образована вытянутыми субзернами и содержит компактные частицы железоалюминиевой фазы со средним размером не более 180 нм.The microstructure of the conductor in the form of a wire made of an Al-Fe alloy, formed during the implementation of the proposed processing method, is shown in Fig. 2. It is formed by elongated subgrains and contains compact particles of the iron-aluminum phase with an average size of no more than 180 nm.

В таблице 1 представлены результаты механических испытаний и измерений электропроводности проводника в виде проволоки, полученной из сплава Al-Fe по предложенному способу.Table 1 presents the results of mechanical tests and measurements of the electrical conductivity of a conductor in the form of a wire obtained from an Al-Fe alloy using the proposed method.

Также в таблице 1 приведены механические свойства и значения электропроводности проводника, полученные по предложенному способу после оценки уровня их термостойкости в соответствие с требованиями [5], а именно после отжига при температуре 230 и 280°С в течение 1 часа.Table 1 also shows the mechanical properties and electrical conductivity values of the conductor obtained using the proposed method after assessing the level of their heat resistance in accordance with the requirements of [5], namely after annealing at temperatures of 230 and 280°C for 1 hour.

Из представленных в таблице данных видно, что по сравнению с выбранным прототипом проводник из сплава системы Al-Fe, полученный по заявленному способу, имеет значение прочности больше на 40%, и демонстрирует хорошую электропроводность. Из представленных в таблице данных также видно, что проводник из сплава системы Al-Fe, полученный по заявленному способу после отжига при 230°С, 1 час демонстрирует стабильность свойств, соответствующую требованиям [5], и может эксплуатироваться непрерывно с максимально допустимой температурой эксплуатации в 150°С.From the data presented in the table it can be seen that, in comparison with the selected prototype, a conductor made of an Al-Fe system alloy, obtained according to the claimed method, has a strength value that is 40% greater and demonstrates good electrical conductivity. From the data presented in the table it is also clear that a conductor from an alloy of the Al-Fe system, obtained by the claimed method after annealing at 230°C, for 1 hour demonstrates stability of properties that meets the requirements of [5], and can be operated continuously with a maximum permissible operating temperature of 150°C.

Технико-экономическая эффективность предложенного изобретения, как показывают результаты апробации, состоит в возможности получения материала электротехнического назначения из алюминиевого сплава, обладающего повышенной прочностью при хорошей электропроводности и термостойкости, с помощью способа, адаптированного к условиям промышленного производства. Алюминиевые сплавы системы Al-Fe, обработанные предложенным способом, с получением заявленного уровня свойств, могут быть использованы для производства изделий электротехнического назначения, работающих при повышенных механических нагрузках и температурах в процессе эксплуатации, что дает возможность повысить их надежность и срок службы, а также снизить стоимость их обслуживания. Это позволяет отнести заявляемое изобретение к импортозамещающим технологиям.The technical and economic efficiency of the proposed invention, as shown by the testing results, lies in the possibility of producing an electrical material from an aluminum alloy with increased strength with good electrical conductivity and heat resistance, using a method adapted to industrial production conditions. Aluminum alloys of the Al-Fe system, processed by the proposed method, obtaining the declared level of properties, can be used for the production of electrical products operating under increased mechanical loads and temperatures during operation, which makes it possible to increase their reliability and service life, as well as reduce the cost of their maintenance. This allows us to classify the claimed invention as an import-substituting technology.

Список используемых источников информацииList of information sources used

1. ASTM B800-00 Standard Specification for 8000 Series Aluminum Alloy Wire for Electrical Purposes - Annealed and Intermediate Tempers1. ASTM B800-00 Standard Specification for 8000 Series Aluminum Alloy Wire for Electrical Purposes - Annealed and Intermediate Tempers

2. ГОСТ P 58019-2017 Катанка из алюминиевых сплавов марок 8176 и 80302. GOST P 58019-2017 Wire rod made of aluminum alloys grades 8176 and 8030

3. Д.И. Белый. Алюминиевые сплавы для токопроводящих жил кабельных изделий // Кабели и провода, 2012, №1(332) С.8-153. D.I. White. Aluminum alloys for conductive cores of cable products // Cables and wires, 2012, No. 1(332) P.8-15

4. US 4,127,426 МПК С22С 1/04, В21С 23/00, опубл. 28.11.19784. US 4,127,426 IPC S22S 1/04, V21S 23/00, publ. 11/28/1978

5. IEC 62004:2007 Thermal-resistant aluminum alloy wire for overhead line conductor5. IEC 62004:2007 Thermal-resistant aluminum alloy wire for overhead line conductor

6. Патент РФ №2729281 МПК C22C 21/00; C22F 1/04, опубл. 05.08.20206. RF Patent No. 2729281 IPC C22C 21/00; C22F 1/04, publ. 08/05/2020

7. US 10,304,581 В2 МПК С22С 21/00, C22F 1/00, опубл. 28.05.20197. US 10,304,581 B2 IPC C22C 21/00, C22F 1/00, publ. 05/28/2019

8. US 3,827,917 МПК С22С 21/00, C22F 1/04, опубл. 06.08. 19748. US 3,827,917 IPC C22C 21/00, C22F 1/04, publ. 06.08. 1974

9. N. Belov, Т. Akopyan, N. Korotkova, М. Murashkin, V. Timofeev and A. Fortuna, Structure and properties of Ca and Zr containing heat resistant wire aluminum alloy manufactured by electromagnetic casting // Metals, 2021, 11, 236 https://doi.org/10.3390/met110202369. N. Belov, T. Akopyan, N. Korotkova, M. Murashkin, V. Timofeev and A. Fortuna, Structure and properties of Ca and Zr containing heat resistant wire aluminum alloy manufactured by electromagnetic casting // Metals, 2021, 11 , 236 https://doi.org/10.3390/met11020236

10. H.О. Короткова, H.А. Белов, В.H. Тимофеев, М.М. Мотков, С.О. Черкасов, Влияние режимов термической обработки на структуру и свойства проводникового алюминиевого сплава Al-7%РЗМ, полученного литьем в электромагнитном кристаллизаторе // ФММ, 2020, Т. 121, №2, С.200-206.10. H.O. Korotkova, N.A. Belov, V.N. Timofeev, M.M. Motkov, S.O. Cherkasov, Influence of heat treatment modes on the structure and properties of conductive aluminum alloy Al-7% RZM, obtained by casting in an electromagnetic crystallizer // FMM, 2020, T. 121, No. 2, P.200-206.

11. Структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов: Справ, изд./ Арчакова З.Н., Балахонцев Г.А., Басова И.Г. М.: Металлургия, 1984 - 408 с., см. стр. 15.11. Structure and properties of semi-finished products from aluminum alloys: Reference, ed. / Archakova Z.N., Balakhontsev G.A., Basova I.G. M.: Metallurgy, 1984 - 408 pp., see page 15.

12. Мондольфо Л.Ф Структура и свойства алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1979 - 640 с., см. стр. 67.12. Mondolfo L.F. Structure and properties of aluminum alloys. M.: Metallurgy, 1979 - 640 pp., see page 67.

13. Золоторевский В.С., Белов Н.А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов - М.: МИСиС, 2005 - 376 с., см. стр. 122.13. Zolotorevsky V.S., Belov N.A. Metallurgy of foundry aluminum alloys - M.: MISIS, 2005 - 376 pp., see p. 122.

14. ГОСТ 10446-80 «Проволока. Метод испытания на растяжение».14. GOST 10446-80 “Wire. Tensile test method.

15. ГОСТ 7229-76 «Кабели, провода и шнуры, метод определения электрического сопротивления токопроводящих жил и проводников».15. GOST 7229-76 “Cables, wires and cords, method for determining the electrical resistance of current-carrying cores and conductors.”

Claims

A method for producing a conductor from an aluminum alloy of the Al-Fe system, with an iron content from 1.0 to 2.2 wt.%, including obtaining a molten iron in aluminum, casting and cold deformation of the cast billet, characterized in that the production of a molten iron in aluminum is carried out at a temperature of 850-900°C, exceeding the liquidus temperature for these alloys, the production of a cast billet in the form of a rod with a diameter of 8 to 16 mm is carried out by continuous casting in an electromagnetic crystallizer with a cooling rate of 1000-3000°C/s, ensuring the formation and uniform distribution in an aluminum matrix of highly dispersed intermetallic particles of the iron-aluminum phase, the average size of which does not exceed 180 nm, in at least one direction, and subsequent cold deformation of the rod is performed by drawing.