Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật vật liệu: Nghiên cứu chế tạo dây nhôm hợp kim 6201 dùng cho sản xuất cáp điện

Các nghiên cứu sản xuất cáp điện trong nước đang hướng đến dây nhôm cáp điện nhôm hợp kim chịu môi trường, nhiệt độ và tải trọng cao, đặc biệt là dây dẫn trần chỉ bao gồm các dây hợp kim

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Huỳnh Công Khanh

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: PHẠM THỊ MINH TRANG MSHV: 12440813 Ngày, tháng, năm sinh: 22/08/1987 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu kim loại và hợp kim Mã số : 605291

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DÂY NHÔM HỢP KIM 6201 DÙNG CHO

SẢN XUẤT CÁP ĐIỆN

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Nghiên cứu công nghệ nấu luyện và biến tính hợp kim nhôm 6201 2 Nghiên cứu công nghệ chế tạo dây hợp kim 6201

3 Nghiên cứu công nghệ nhiệt luyện hợp kim nhôm 6201 4 Tiến hành thực nghiệm nấu luyện và biến tính hợp kim 6201 trong lò thí nghiệm

điện trở Đúc thỏi hợp kim Phân tích cấu trúc, thành phần hóa 5 Tiến hành chế tạo dây hợp kim nhôm Đo độ dẫn điện, độ bền cơ tính 6 Tiến hành nhiệt luyện hợp kim 6201 Phân tích độ dẫn điện, độ bền cơ học tính

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 20/01/2014 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/12/2014 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): TS Huỳnh Công Khanh

này Tôi xin chân thành cảm ơn PGS Nguyễn Văn Dán, TS Lê Văn Lữ, ThS Nguyễn Duy Thông, Thầy Nguyễn Hữu Tú, cô Nga đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện Luận Văn

Tôi xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô của Bộ Môn Kim loại, Khoa Công nghệ Vật liệu đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện Luận Văn này

Tôi xin trân trọng cảm ơn các Phó giáo sư, Tiến sĩ trong Hội đồng chấm thi/phản biện Luận văn đã đọc và góp ý cho Luận Văn của tôi

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến chủ xưởng sản xuất Việt Khiêm – Khu công nghiệp Lê Minh Xuân và các công nhân trong xưởng Việt Khiêm, cán bộ kỹ thuật Phòng Quản lý chất lượng – Công ty cổ phần dây cáp điện Việt Nam (CADIVI), các cá nhân em Trần Thanh Tâm, em Quỳnh Anh đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện Luận Văn

Qua đây, tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 1 năm 2015

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Phạm Thị Minh Trang

tạo ra dâp cáp điện bằng hợp kim 6201 đạt tiêu chuẩn chất lượng ASTM B398 Luận văn này nghiên cứu thực nghiệm quy trình chế tạo ra dây nhôm hợp kim 6201 dùng cho sản xuất cáp điện, đáp ứng tiêu chuẩn ASTM B398 Hợp kim nhôm 6201được nấu luyện và biến tính bằng hợp kim trung gian AlB1, AlTi5B1 trong các mẻ nấu riêng biệt với các hàm lượng B, Ti trong hợp kim khác nhau để so sánh khả năng biến tính của các hợp kim trung gian và lựa chọn nồng độ B, Ti thích hợp qua so sánh tổ chức tế vi chụp bởi kính hiển vi quang học (OLYMPUS – GX51F) Thành phần hóa học hợp kim nhôm được kiểm tra trên máy quang phổ phát xạ nguyên tử (SPECTROMAX) Tiến hành ép đùn nóng sau khi nung trước ở nhiệt độ 500÷520oC ra dây cán Ø4.5÷4.7mm Tôi dây cán ở nhiệt độ 520oC trong 4 giờ, làm nguội trong nước Kéo dây xuống giới hạn đường kính dây Ø2.3÷2.5mm Hóa già trước ở 120oC trong 2 giờ và hóa già nhân tạo ở 2 chế độ nhiệt độ 165oC và 175oC với nhiều khoảng thời gian khác nhau (4÷8 giờ) Đo độ bền kéo đứt và độ dẫn điện theo tiêu chuẩn ASTM B398 Kết quả cho thấy: Dây hợp kim 6201 đã chế tạo đạt yêu cầu tiêu chuẩn ASTM B398 gồm thành phần hóa, tiêu biểu 0.81%Mg (ASTM B398 0.6÷0.9%Mg), 0.71%Mg (ASTM B398 0.5÷0.9%Si); độ bền kéo đứt 315.9÷361MPa (ASTM B398 ≥315MPa), điện trở suất 0.03256÷0.032661Ω.m (ASTM B398 ≤0.032841Ω.m), chỉ số %IACS 52.8÷52.95 (ASTM B398 ≥52.5) Hợp kim 6201 biến tính bởi AlB1 tốt hơn và thích hợp ở khoảng 0.04÷0.06%B trong hợp kim Tôi trước khi kéo dây sẽ cải thiện khả năng kéo ra dây và chất lượng dây sau kéo Chế độ hóa già 175oC trong 6 giờ cho chất lượng về cơ tính và độ dẫn điện dây hợp kim 6201 tốt nhất

aluminum alloy 6201 electrical wire which qualify requirement of ASTM B398 standard This thesis studies the experimental process of making 6201 alloy wire for electrical cable manufacturing, qualifying requirement specifications of ASTM B398 standard Aluminum alloy 6201 was melted and inoculated by AlB1 or AlTi5B1 in separated meltings to make comparison between inoculation potency of these master alloys and the contents of B, Ti in 6201 alloy Chemical compositions, microstructure of 6201 alloy were analyzed by optical emission spectrometer (SPECTROMAX) and optical microscope (OLYMPUS – GX51F) 6201 alloy cast ingots which reheating at 500 ÷ 520oC were hot extruded to form Ø4.5 ÷ 4.7mm rod Rod was solutionized at 520oC for 4 hours, quenching with water Then, the rod was cold drawn to form Ø2.3 ÷ 2.5 mm wire The pre-aging wire was performed at 120°C for 2 hours, then final artificial aging at temperatures 165oC, 175oC for different periods (4 ÷ 8 hours) Resistivity and ultimate tensile strength were tested by according to ASTM B398 standard The results showed that: aluminum alloy 6201 wire was made qualifying requirement specifications of ASTM B398 standard, including chemical compositions, typically 0.81% Mg (ASTM B398 0.6 ÷ 0.9% Mg), 0.71% Mg (ASTM B398 0.5 ÷ 0.9% Si ); ultimate tensile strength 315.9 ÷ 361MPa (ASTM B398 ≥315MPa); resistivity 0.032661 ÷ 0.03256 Ω.m (ASTM B398 ≤0.032841Ω.m), % IACS 52.95 ÷ 52.8 (ASTM B398 ≥52.5) In addition, the master alloy AlB1 is a grain refiner better than AlTi5B1, and the percentage of B in 6201 alloy is 0.04 ÷0.06 % Cold drawing to form wire after solution quenching improves the quality of drawing to form wires which have smaller diameter and more refined round surface Artificial aging at temperature 175oC for 6 hours was the best mode to improve mechanical properties and electrical conductivity of wire

hiện, kết quả trung thực và chưa được các tác giả công bố trong bất kì công trình nào

Các trích dẫn về bảng biểu, kết quả nghiên cứu của những tác giả khác; tài liệu tham khảo trong luận văn đều có nguồn gốc rõ ràng và theo đúng quy định

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 1 năm 2015

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Phạm Thị Minh Trang

II Tính cấp thiết của đề tài 2

III Mục tiêu nghiên cứu 3

IV Nội dung nghiên cứu 3

V Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 3

VI Tính mới của đề tài 4

VII Ý nghĩa khoa học của đề tài 4

VIII Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5

1.1 Thành phần, cấu trúc và tính chất hợp kim nhôm 6201 5

1.1.1 Thành phần, cấu trúc và tính chất hợp kim nhôm 6201 5

1.1.2 So sánh dây dẫn hợp kim nhôm 6201 với các loại dây dẫn hợp kim nhôm khác 7

1.2 Công nghệ nấu luyện và biến tính hợp kim 6201 9

1.3 Công nghệ chế tạo dây hợp kim 6201 14

1.3.1 Công nghệ cán thỏi đúc hợp kim 6201 14

1.3.2 Công nghệ ép nóng ra dây hợp kim 6201 14

1.5.1 Phương pháp đúc, cán và xử lý nhiệt gia công nóng liên tục 25

1.5.2 Phương pháp SCR 30

1.5.3 Tình hình sản xuất dây cáp trần hợp kim 6201 trong nước 33

1.6 Tiêu chuẩn ASTM B398/B398 M-99 34

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 36

2.1 Mục đích thực nghiệm 36

2.2 Thí nghiệm nấu luyện và biến tính hợp kim nhôm 6201 36

2.2.1 Thí nghiệm nấu luyện hợp kim nhôm 6201 36

2.2.2 Thí nghiệm biến tính hợp kim nhôm 6201 41

2.2.3 Thí nghiệm nấu luyện, biến tính hợp kim nhôm 6201 dùng cho thí nghiệm chế tạo dây cáp 47

2.3 Thí nghiệm ép đùn, kéo dây hợp kim nhôm 6201 52

3.1 Thành phần và tỗ chức tế vi hợp kim nhôm 6201 65

3.1.1 Thành phần và tổ chức hợp kim nhôm 6201 trước biến tính 65

3.1.2 Thành phần và tổ chức hợp kim nhôm 6201 sau biến tính 67

3.2 Kết quả quá trình đùn kéo hợp kim nhôm 6201 72

3.2.1 Thành phần và tổ chức hợp kim nhôm 6201 trước khi đùn kéo 72

3.2.2 Kết quả và tính chất dây hợp kim sau khi đùn kéo 74

3.3 Cơ tính, điện trở suất dây hợp kim 6201 77

3.3.1 Cơ tính dây hợp kim 6201 77

3.3.2 Độ dẫn điện dây hợp kim 6201 79

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

PHỤ LỤC 86

đồng ủ AAAC All Aluminum alloy conductor: dây dẫn hợp kim nhôm

ACSR Aluminum conductor steel reinforced: dây dẫn nhôm lõi thép HC high conductivity: dẫn điện cao

EHC extra high conductivity: dẫn điện siêu cao ASTM American Society for Testing and Materials: Hội Thử nghiệm và

Vật liệu Mỹ T-81 chế độ nhiệt luyện, kéo nguội và tăng độ cứng UTS ultimate tensile stress: ứng suất kéo đứt SCR Công ty sản xuất cáp điện Southwire Continous Rod- Mỹ

Bảng 1.2 Phản ứng bất biến trong hệ Al-Mg-Si 6

Bảng 1.3 Phản ứng đơn biến trong hệ Al-Mg-Si 7

Bảng 1.4 So sánh chi phí tổn thất điện ở dây ACSR và dây AAAC 8

Bảng 1.5 So sánh và phân loại tính chất của nhôm, một số hợp kim nhôm dùng làm dây cáp điện 9

Bảng 1.6 Giá trị độ bền kéo và độ dẫn điện cho dây điện 6201 trong sản xuất dây dẫn AAAC 9

Bảng 1.7 Ảnh hưởng của các nguyên tố lên độ dẫn điện của dây nhôm 10

Bảng 1.8 Tốc độ kéo dây cao trong quá trình kéo dây thanh hợp kim 6201 được sản xuất bằng phương pháp SCR 16

Bảng 2.1 Thành phần hợp kim nhôm thỏi 37

Bảng 2.2 Thành phần hợp kim Al-Mg 40

Bảng 2.3 Thành phần hợp kim nhôm thỏi 42

Bảng 2.4 Khối lượng liệu đầu vào thí nghiệm biến tính với AlB1 44

Bảng 2.5 Khối lượng liệu đầu vào thí nghiệm pha loãng hợp kim 45

Bảng 2.6 Khối lượng liệu đầu vào thí nghiệm biến tính với AlTi5B1 45

Bảng 2.7 Các chế độ hóa già nhân tạo dây hợp kim 6201 – không tôi 58

Bảng 2.8 Các chế độ hóa già nhân tạo dây hợp kim 6201 – tôi trước hóa già 59

Bảng 2.9 Thành phần hóa của hợp kim 6201 trong ASTM B398 63

Bảng 2.10 Cơ tính của dây hợp kim 6201 trong ASTM B398 63

Bảng 2.11 Giá trị điện trở suất ở 20oC (68oF) trong ASTM B398 64

Bảng 3.1 Thành phần hóa của hợp kim 6201 trước khi biến tính 65

Bảng 3.2 Thành phần hóa của hợp kim 6201 trước và sau biến tính 68

Bảng 3.5 Độ bền kéo đứt dây hợp kim 6201 thử nghiệm 77 Bảng 3.6 Giá trị điện trở suất 1m dây dẫn hợp kim 6201 thử nghiệm ở 20oC 79

Hình 1.2 Ảnh hưởng của lượng các nguyên tố tạp chất trong hợp kim lên độ dẫn

điện của nhôm 99.99% 11

Hình 1.3 Cấu trúc Pha AlB2 trong nền hợp kim Al-B 12

Hình 1.4 Nhiệt độ hóa già ảnh hưởng đến ứng suất kéo và độ dẫn điện của dây hợp kim 6201 17

Hình 1.5 Ảnh hưởng của thời gian hóa già đến ứng suất kéo và độ dẫn điện của dây hợp kim 6201 18

Hình 1.6 So sánh quy trình sản xuất thanh Al-Mg-Si: (a) Quy trình SCR; (b) Các phương pháp khác (sản xuất không liên tục và sản xuất liên tục) 19

Hình 1.7 Sản xuất dây hợp kim 6201 Ø9.5mm bằng máy ép đùn trực tiếp 22

Hình 1.8 Sản xuất dây hợp kim 6201 Ø9.5mm bằng đúc liên tục, không ủ đồng đều hóa dây dẫn 23

Hình 1.9 Sản xuất dây hợp kim 6201 Ø9.5mm bằng đúc liên tục, ủ đồng đều hóa dây dẫn trên dây chuyền (công nghệ mới) 24

Hình 1.10 Sơ đồ hình chiếu tổng quát của thiết bị đúc, cán, tôi và cuộn thanh 27

Hình 1.11 Giản đồ về khả năng xử lý nhiệt của hợp kim nhôm 6201 theo phương pháp đúc cán liên tục đối với phương pháp đúc trong quá trình chuẩn bị hợp kim nhôm 6201 29

Hình 1.12 Kiểm tra khả năng đồng đều trên dâyh hợp kim Al-Mg-Si (3 tấn) 31

Hình 1.13 Hóa già nhân tạo dây hợp kim Al-Mg-Si 31

Hình 1.14 Đường cong hóa già nhân tạo hợp kim nhôm 6201 33

Hình 2.1 Nhôm thỏi 37

Hình 2.2 Lò nồi điện trở - Phòng Thí nghiệm nấu đúc 38

Hình 2.3 Nồi nấu graphit và khuôn 38

Hình 2.7 Thỏi hợp kim nhôm 6201 42

Hình 2.8 Lò điện trở - Phòng Thí nghiệm trọng điểm 43

Hình 2.9 Nồi nấu sứ và khuôn 43

Hình 2.10 Quy trình biến tính hợp kim 6201 bằng hợp kim trung gian AlB1 44

Hình 2.11 Quy trình biến tính hợp kim 6201 bằng HK trung gian AlTi5B1 46

Hình 2.12 Khuôn đúc mẻ dùng chế tạo dây (Ø80x210mm) 47

Hình 2.13 Quy trình nấu luyện hợp kim 6201 mẻ dùng chế tạo dây 49

Hình 2.14 Quy trình biến tính hợp kim 6201 mẻ dùng chế tạo dây bằng hợp kim trung gian AlB1 50

Hình 2.15 Quy trình biến tính hợp kim 6201 mẻ dùng chế tạo dây bằng hợp kim trung gian AlTi5B1 51

Hình 2.16 Thỏi đúc hợp kim nhôm 6201 dùng chế tạo dây 52

Hình 2.17 Lò nung trước khi ép đùn 53

Hình 2.18 Máy ép đùn (12 lỗ, Ø4.7mm/1 lỗ) 53

Hình 2.19 Máy cuộn dây 53

Hình 2.20 Hệ thống các máy kéo dây và cuộn dây 53

Hình 2.21 Lò nung điện trở 54

Hình 2.22 Quy trình ép đùn, kéo dây hợp kim 6201 – không nhiệt luyện 55

Hình 2.23 Quy trình ép đùn, kéo dây hợp kim 6201 – nhiệt luyện sau đùn 56

Hình 2.24 Quá trình ép đùn thỏi hợp kim 6201 57

Hình 2.25 Quá trình tôi dây sau đùn 57

Hình 2.26 Quá trình kéo dây 57

Hình 2.27 Dây hợp kim 6201 sau kéo 58

Hình 3.1 Rỗ khí tập trung Mg kim loại trong hợp kim nhôm 66 Hình 3.2 Tổ chức tế vi hợp kim 6201 trước biến tính với độ phóng đại 50 lần và

100 lần 67

Hình 3.3 Tổ chức tế vi của hợp kim 6201 trước và sau biến tính với độ phóng

đại 100 lần 70 Hình 3.4 Tổ chức tế vi của hợp kim 6201 mẻ dùng chế tạo dây sau biến tính bằng hợp kim trung gian (a) AlB1 và (b) AlTi5B1 với độ phóng đại 100 lần 74

Hình 3.5 Mẫu dây hợp kim 6201 sau đùn (kích thước Ø(4.5÷4.7)x19000mm 74 Hình 3.6 Nhóm 1: Mẫu dây hợp kim 6201 sau kéo (kích thước Ø3.5÷3.7

x21000mm 75

Hình 3.7 Nhóm 2: Mẫu dây hợp kim 6201 sau kéo (kích thước Ø 2.3÷2.5

x25000mm 76

MỞ ĐẦU

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện tại nhu cầu sản xuất dây và cáp điện đang tăng mạnh Việt Nam có hơn 130 doanh nghiệp đáp ứng gần 70% nhu cầu trong nước Trong đó các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài chiếm hơn 74% tổng kim ngạch xuất khẩu của Việt Nam [2] Tuy nhiên, nguyên liệu đầu vào sản xuất từ các doanh nghiệp này chủ yếu là nhập khẩu với khối lượng lớn

Từ năm 2005 đến nay, thuế suất nhập khẩu đối với dây thép tráng kẽm, nguyên liệu để làm lõi dây cáp điện chịu lực, tăng từ 0% lên 5% Trước đây thuế GTGT đối với mặt hàng này là 5%, hiện nay là 10% [2] Điều này gây khó khăn rất lớn cho các doanh nghiệp trong nước cạnh tranh giá cả với thị trường nước ngoài, thị trường xuất khẩu giảm, đồng thời chất lượng cáp điện trong nước giảm, xuất hiện hiện tượng cáp điện kém chất lượng

Do vậy các doanh nghiệp trong nước đang hướng tới phát triển công nghệ mới có thể tự sản xuất trong nước, không nhập khẩu nguyên liệu từ nước ngoài, không sử dụng lõi thép, giảm giá thành cho sản phẩm

Cáp điện được thiết kế dùng cho việc đi các công trình tải điện xa, tải qua khu vực địa lý trên cao và các vị trí dễ ăn mòn như tải qua biển yêu cầu có độ bền hóa học chống ăn mòn trong môi trường hóa chất cao, nhiệt độ cao, chịu tải trọng, độ bền cơ học tốt đồng thời khối lượng dây giảm tối thiểu

Các nghiên cứu sản xuất cáp điện trong nước đang hướng đến dây nhôm cáp điện nhôm hợp kim chịu môi trường, nhiệt độ và tải trọng cao, đặc biệt là dây dẫn trần chỉ bao gồm các dây hợp kim nhôm dẫn điện xoắn lại với nhau mà không cần gia cố bằng lõi thép, giảm khối lượng, tiết diện dây dẫn, giảm chi phí truyền tải và tăng tính chất dây, giảm hiện tượng ăn mòn pin điện hóa trong dây dẫn

Trong hơn 20 năm qua, dây dẫn bằng hợp kim nhôm hoàn toàn (AAAC: All Aluminum alloy conductor) đã trở nên khá phổ biến trên thế giới Những dây dẫn

này có đường kính tương tương dây hợp kim nhôm có thép gia cố (ACSR: Aluminum conductor steel reinforced), bền hơn, nhẹ hơn và độ dẫn điện cao hơn Vấn đề ăn mòn trong dây dẫn được cải thiện bằng phương pháp đồng nhất dây AAAC [13]

Tuy nhiên hiện tại các doanh nghiệp trong nước vẫn chưa sản xuất được dây cáp từ hợp kim nhôm

Do vậy việc tìm ra công nghệ sản xuất phù hợp nấu luyện, chế tạo dây hợp kim nhôm đảm bảo chất lượng về độ dẫn điện, độ bền cơ học của dây cáp là một vấn đề cấp thiết giải quyết cho các vấn đề nan giải trong sản xuất cáp hợp kim nhôm, giảm chi phí đáng kể trong ngành truyền tải điện năng, đáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu

II TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong các hợp kim nhôm ứng dụng cho sản xuất cáp điện, dây hợp kim nhôm AAAA 6201 trên cơ sở hợp kim Al-Mg-Si là một trong những hợp kim phổ biến trong sản xuất cáp điện

Hợp kim nhôm 6201 có cơ tính cao, khả năng chống ăn mòn tốt, có thể gia công hàn cắt Dây hợp kim nhôm 6201 có sức bền cao hơn những loại dây dẫn hợp kim khác nhưng độ dẫn điện không cao Các nguyên tố trong hợp kim làm tăng độ bền nhưng lại làm giảm độ dẫn điện Cần phải cải tiến hợp kim có sự kết hợp tốt nhất giữa độ bền cơ học và độ dẫn điện để nó có thể thay thế cho các dây dẫn gia cố thép ACSR thông thường Yêu cầu chung của dây dẫn AAAC là phải có độ bền kéo trên 250-295 N/mm2 Người ta thường cải thiện cơ tính của dây dẫn AAAC bằng cách hóa già nhân tạo, quá hóa già tăng độ bền

Vì vậy, đề tài của Luận Văn “Nghiên cứu chế tạo dây nhôm hợp kim 6201 dùng cho sản xuất cáp điện” nghiên cứu công nghệ nấu luyện, chế tạo dây

hợp kim nhôm 6201 nhằm giúp giải quyết vấn đề nan giải các doanh nghiệp trong ngành sản xuất cáp điện, tiết kiệm chi phí truyền tải điện

III MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu quy trình nấu luyện và biến tính hợp kim nhôm 6201 - Nghiên cứu chế tạo và nhiệt luyện dây hợp kim nhôm dùng làm cáp điện

IV NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu công nghệ nấu luyện và biến tính hợp kim nhôm 6201 - Nghiên cứu công nghệ chế tạo dây hợp kim 6201

- Nghiên cứu công nghệ nhiệt luyện hợp kim nhôm 6201 - Tiến hành thực nghiệm nấu luyện và biến tính hợp kim 6201 trong lò thí nghiệm điện trở Đúc thỏi hợp kim Phân tích thành phần hóa, tổ chức tế vi

- Tiến hành chế tạo dây hợp kim nhôm Đo độ dẫn điện, độ bền cơ tính - Tiến hành nhiệt luyện dây hợp kim 6201 Phân tích độ dẫn điện, độ bền cơ tính

V ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

a Đối tượng nghiên cứu

- Quá trình chế tạo ra dây nhôm hợp kim 6201, các thông số công nghệ là nhất định và phù hợp theo thiết bị đã cài đặt Quá trình thực nghiệm chỉ đạt đến kết quả mong muốn là kéo ra sản phẩm dây hợp kim 6201 cuối cùng với đường kính 2-3.5mm theo tiêu chuẩn ASTM B398 và không bị đứt trong quá trình chế tạo ra dây

VI TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI

Thế giới đã nghiên cứu, phát triển công nghệ nấu luyện và sản xuất dây nhôm hợp kim 6201 từ rất lâu Tuy nhiên hiện tại trong nước chưa có nghiên cứu và thử nghiệm sản xuất thành công về công nghệ nấu luyện, chế tạo dây cáp từ hợp kim 6201 Ngoài ra chưa có đơn vị, doanh nghiệp tại Việt Nam áp dụng công nghệ nước ngoài sản xuất được hợp kim này do khó khăn về công nghệ và hạn chế về kinh phí Do vậy đề tài nghiên cứu này là mảng lĩnh vực còn khá mới ở Việt Nam mà các doanh nghiệp sản xuất cáp điện đang hướng đến

VII Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

- Lựa chọn được các thông số công nghệ thích hợp cho quá trình sản xuất hợp kim 6201 làm dây cáp

- Tạo cơ sở cho những nghiên cứu cải thiện, phát triển công nghệ trong sản xuất dây cáp điện hợp kim 6201

VIII Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

- Thành công của đề tài sẽ là cơ sở nghiên cứu giúp các doanh nghiệp Việt Nam phát triển và hoàn thiện công nghệ nấu đúc, chế tạo dây nhôm hợp kim 6201, đưa sản phẩm vào thị trường cáp điện Việt Nam

- Góp phần giải quyết vấn đề nan giải các doanh nghiệp trong ngành sản xuất cáp điện, tiết kiệm chi phí truyền tải cho việc tải điện trên không, cũng như thay thế dây nhôm lõi thép ở những vùng có khí hậu dễ ăn mòn và địa hình hiểm trở

Giá trị theo hệ đơn vị US

Khối lượng riêng (20ºC)

23.4*10-6 ºCˉ¹ 13.0*10-6 in/(in* ºF) Nhiệt dung riêng 895 J/(kg*K) 0.214 BTU/(lb*ºF)

Độ dẫn nhiệt 205 W/(m*K) 1420 BTU*in/(hr*ft²*ºF) Điện trở suất 3.16*10-8 Ohm*m 3.16*10-6 Ohm*cm

0.635÷0.64nm, nhiệt độ nóng chảy là 1087oC, khối lượng riêng 1.88g/cm3, độ cứng Vicker là 4.5 GPa (Mondolfo, 1976) trong hợp kim Pha Mg2Si có độ cứng và tính giòn cao có tác dụng tăng cường lực cho hợp kim [5]

Giản đồ pha của hệ thống hợp kim Al-Mg-Si được thể hiện ở hình 1.1

Hình 1.1 Giản đồ pha của hệ thống hợp kim Al-Mg-Si: (a) Đường lỏng, (b)

đường rắn, (c) đường rắn gần Al, (d) giản đồ 2 pha Al-Mg2Si [5]

Bảng 1.2 Phản ứng bất biến trong hệ Al-Mg-Si (Mondolfo, 1976) [5]

Phản ứng Điểm ký hiệu

hình 1.1.a

Nhiệt độ T, oC

Nồng độ trong pha lỏng Mg, % Si, %

L → (Al) + Mg2Si (giản đồ 2 pha) e3 595 8.15 7.75

1.1.2 So sánh dây dẫn hợp kim nhôm 6201 với các loại dây dẫn hợp kim nhôm khác

So sánh ưu điểm của dây dẫn hợp kim nhôm AAAC với dây nhôm lõi thép (ACSR) [9]

- Cơ tính cao hơn với cùng một khối lượng - Với kích thước tương đương dây ACSR, thì dây AAAC có điện trở thấp hơn và độ dẫn điện tốt hơn

- Vận chuyển và xử lý dễ dàng hơn trên đường truyền dây tải điện - Lắp ráp dễ dàng hơn, dễ dàng căng dây dẫn để tránh các yếu tố nguy hiểm từ mặt đất

- Độ cứng bề mặt dây dẫn cao hơn, do đó ít bị tổn thất, hao mòn và trầy xước trong quá trình đi đường dây

- Nối ghép dây dễ dàng hơn - Chống ăn mòn tốt hơn: Đối với hệ thống dẫn điện điện thế siêu cao từ 275 đến 400kV, Jason và đồng nghiệp đã chỉ ra rằng cần phải thay thế bằng một loại

dây dẫn hợp kim nhôm đồng nhất để tránh ăn mòn giữa sắt và nhôm ở dây nhôm lõi thép

- Giảm tổn thất phóng điện và giảm nhiễu sóng vô tuyến - Giảm chi phí tiêu hao

Sau đây là một ví dụ về tính toán tiêu hao chi phí cho một dây dẫn kép giữa dây ACSR Lynx và dây dẫn chuẩn AAAC thể hiện bảng 1.4

Bảng 1.4 So sánh chi phí tổn thất điện ở dây ACSR và dây AAAC [9]

Sau đây là một số bảng so sánh cơ tính và tính dẫn điện của hợp kim 6201 và các hợp kim nhôm dùng làm dây cáp điện, cũng như so sánh các loại dây hợp kim nhôm 6201 với các phương pháp sản xuất khác nhau thể hiện qua bảng 1.5, 1.6

Bảng 1.5 So sánh và phân loại tính chất của nhôm, một số hợp kim nhôm dùng

làm dây cáp điện [17]

Hợp kim Giới hạn bền

(MPa)

Bền kéo (MPa)

Độ dẫn dài với thanh 250

mm (%)

Độ dẫn điện (% IACS)

Triple E 0.65 Fe)

Super T 0.5Fe-0.5Co)

Stabiloy 0.6Fe-0.22Cu)

Nico 0.5Ni-0.3Co)

X8130 0.6Fe-0.08Cu)

Dây EHC* Al–Mg–Si

Độ bền kéo cho phương pháp thông thường (N/mm2)

Nhiệt độ xử lý nhiệt (ᵒC) 175 185-190 190-195

Độ dẫn điện (% IACS) Min 52.6 Mean 55.3 Mean 56.5

* Ghi chú: HC (high conductivity): dẫn điện cao EHC (extra high conductivity): dẫn điện siêu cao

1.2 CÔNG NGHỆ NẤU LUYỆN VÀ BIẾN TÍNH HỢP KIM 6201

Quá trình nấu chảy hợp kim 6201 thường xảy ra ở khoảng nhiệt độ 720÷750oC Do nhôm lỏng dễ bị oxy hóa, cần phải có trợ dung tạo lớp xỉ bao phủ bề mặt Thành phần nguyên liệu silic, magie dễ cháy hao, khó đồng đều thành

phần và khống chế hàm lượng trong quá trình nấu, do vậy ta cần tạo hợp kim trung gian Al-Si, Al-Mg trước khi nấu hợp kim Al-Mg-Si (6201)

Thông thường nấu luyện hợp kim nhôm ở nhiệt độ không cao, vì vậy ta có thể áp dụng nấu luyện hợp kim 6201 trong lò điện thông thường như lò cảm ứng, lò điện trở

Tuy nhiên sản phẩm thỏi đúc sau quá trình nấu luyện thường xuất hiện tổ chức hạt dạng thiên tích nhánh cây làm giảm đáng kể cơ tính hợp kim Do vậy cần cải thiện cơ tính của hợp kim Al-Mg-Si (6201) bằng cách biến tính cho hạt nhỏ mịn Thông thường các tác giả chọn các hợp kim trung gian Al-B (như AlB1) hay hợp kim trung gian Al-B-Ti (như AlTi5B1)

Người ta cấy mầm kết tinh bằng hợp kim trung gian Al-B vào hợp kim 6201 nóng chảy trong thùng trung gian với dây Ø9.5mm chứa 3% AlB2 nhằm giảm các nguyên tố Ti, Cr, Zr và V gây ảnh hưởng độ dẫn điện và làm nhỏ mịn hạt tinh thể của hợp kim Cách này làm giảm thời gian hóa già và tăng biến cứng ở nhiệt độ thấp [13] Ảnh hưởng của các nguyên tố lên độ dẫn điện của dây nhôm thể hiện bảng 1.7 và hình 1.2

Bảng 1.7 Ảnh hưởng của các nguyên tố lên độ dẫn điện của dây nhôm [13]

Hình 1.2 Ảnh hưởng của lượng các nguyên tố tạp chất trong hợp kim lên độ dẫn

điện của nhôm 99.99% [13] Hợp kim Al-Mg-Si có hàm lượng Mg, Si thấp làm tăng tính dẫn điện nhưng giảm độ bền Tăng Fe hay Si từ 0.2÷2% làm giảm độ dẫn điện 10% Crom, Mn và Ti, Va, Zr làm giảm rõ rệt độ dẫn điện và thêm AlB2 thụ động hóa các nguyên tố trên thành borit hạt mịn

Phương pháp cũ dùng borax (Na2B4O7), hay B2O3 thêm vào trong bể điện phân nhôm hay KBF4thêm vào lò nấu chảy hợp kim, điều này dễ tạo khí thải độc hại và muối dư KAlF4 trong lò Hợp kim Al-B được dùng để loại bỏ các tác nhân ô nhiễm, tạp chất của phương pháp trên, đồng thời điều khiển hàm lượng Bo thêm vào trong nhôm phù hợp

Hợp kim Al-B thường tạo những hợp chất liên kim AlB2 (thể hiện hình 1.3) Theo tính toán người ta thường dùng từ 3÷5% hợp kim Al-B bỏ vào nồi chứa hợp kim nhôm nóng chảy [13]

Hình 1.3 Cấu trúc Pha AlB2 trong nền hợp kim Al-B [13] Thông thường người ta thêm 0.013%B, nếu thêm 0.052% là vượt quá cần thiết đối với lượng Ti, V và Cr 0.0226% [13]

Trong hợp kim trung gian AlB1 chỉ có chất tạo mầm là borit nhôm AlB2 Tondel tìm thấy mối quan hệ định hướng với độ sai lệch chừng 3.5% giữa mặt (111)Al của nhôm so với mặt (001)AlB2 của AlB2 và phương [110]Al của nhôm so với phương [110]AlB2 của AlB2, do đó AlB2 phải là chất tạo mầm tốt [14] Tuy nhiên, AlB2 phản ứng với các tạp chất kim loại chuyển tiếp trong nhôm như Ti, V, Cr, Zr tạo thành các điborit TiB2, VB2, CrB2, ZrB2 không tan trong nhôm, có tỷ trọng lớn hơn nhôm, có xu hướng lắng xuống đáy nồi nên hiệu quả làm nhỏ hạt không cao

Ngoài ra, khi biến tính với vật liệu chứa tạp chất cacbon, titan và vanadi còn tạo ra điborit phức của titan và vanađi có kích thước lớn làm giảm hiệu quả biến tính [10] Chính vì vậy mà hiệu quả làm nhỏ hạt của hợp kim trung gian AlB1 đối với hợp kim 6201 không cao, ngay cả với nồng độ bo đưa vào kim loại lỏng lớn hơn so với nồng độ cùng tinh (0.22%) trong hệ hợp kim Al–B Đó là nồng độ mà nhiều tác giả cho rằng sẽ xảy ra phản ứng cùng tinh ở 659.5oC: L → AlB2 + Al(r) để tạo ra mầm kết tinh Al(r) [19]

Hợp kim trung gian AlTi5B1 chứa các pha TiAl3 và TiB2 Do độ sai lệch nhỏ giữa khoảng cách các nguyên tử của TiAl3 và α–Al nên TiAl3 là chất tạo mầm tốt Hơn nữa, khi nồng độ titan lớn hơn nồng độ bao tinh (0.15% Ti) của hệ hợp kim Al–Ti, TiAl3 tạo mầm kết tinh theo phản ứng bao tinh: L + TiAl3 → α–Al Tuy nhiên, khi nồng độ titan trong nhôm nhỏ hơn nồng độ bao tinh, TiAl3 bị hòa tan làm cho hiệu quả tạo mầm của TiAl3 giảm đi Johnsson và Backerud tìm thấy rằng có một sự sai lệch nhỏ chỉ cỡ 4.3% giữa α–Al và TiB2 ở các mặt (111)Al và (001)TiB2, các phương [110]Al và [110]TiB2, do đó TiB2 phải là chất tạo mầm tốt Hiện nay, có nhiều thuyết giải thích cơ chế làm nhỏ hạt của hợp kim trung AlTi5B1, ví dụ, thuyết giản đồ pha cho rằng việc làm nhỏ mịn hạt tinh thể là do phản ứng bao tinh trên các phần tử sơ cấp TiAl3

Thuyết này cho rằng việc cho thêm nguyên tố Bo gây ra sự dịch chuyển điểm bao tinh về phía nồng độ thấp (theo Marcantonio, Mondolfo và các tác giả khác là 0,05% Ti) Điều này cho phép TiAl3 ổn định ở nồng độ thấp và đó là lý của việc làm nhỏ mịn hạt tinh thể Còn theo thuyết của mô hình chất tan, TiB2 là chất tạo mầm tốt khi có titan đóng vai trò của chất tan Titan là chất tan có khả năng thiên tích mạnh, tích tụ ở phía trước bề mặt phân cách rắn –lỏng tạo ra vùng quá nguội trạng thái ở phía trước của bề mặt đang phát triển Vùng quá nguội trạng thái này kích hoạt các chất tạo mầm ở phía trước mặt phân cách và làm gián đoạn sự phát triển của các hạt có trước [14] Tuy chưa có sự nhất trí về cơ chế làm nhỏ hạt của hợp kim trung gian AlTi5B1 giữa các thuyết, nhưng các thuyết này đều công nhận tác động tương hỗ nhau của TiAl3 và TiB2 trong việc tạo mầm, giúp cho hợp kim trung gian AlTi5B1 trở thành chất biến tính có hiệu quả đối với hợp kim 6201

1.3 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO DÂY HỢP KIM 6201 1.3.1 Công nghệ cán thỏi đúc hợp kim 6201

Trước khi cán, ta tiến hành nung thỏi đúc trên nhiệt độ tạo dung dịch rắn 470oC (từ 500÷530oC) Các nguyên tố hợp kim chủ yếu sẽ bị hòa tan trong dung dịch rắn nhưng không ảnh hưởng đến sự nóng chảy của hợp kim Nhiệt độ nung không được trên 550o

C bởi vì các thành phần cùng tinh Al-Mg2Si và Mg2Si nóng chảy ở nhiệt độ lần lượt là 585oC và 555oC [13]

Al-Si-Nhiệt độ nung thỏi đúc, nhiệt độ hòa tan thực tế của nguyên tố hợp kim Mg, Si mà tại đó ít nhất một nửa nguyên tố hợp kim tiết pha hóa bền có thể hòa tan được Quá trình này chuẩn bị cho giai đoạn cán tiếp theo, với hàm lượng nguyên tố hợp kim hòa tan vào dung dịch là lớn nhất, đến sau quá trình cán không bị tổn thất bởi tiết pha sớm mà tiết pha trong quá trình cán, kéo dây hay là sau quá trình hóa già [11]

Về nguyên tố Fe trong hợp kim có hàm lượng tương đối cao nhưng nó không đóng vai trò quan trọng trong hợp kim vì nó kết tinh nhanh trước khi đến vùng bán nóng (giữa nhiệt độ biến dạng nóng và nhiệt độ làm nguội khi tôi)

Cán qua hệ thống máy cán có nhiều giá cán liên tiếp Sản phẩm sau khi qua khỏi máy cán được làm nguội bằng nước và cuốn dây với kích thước Ø9.5mm

Quá trình làm nguội sau cán xuống dưới 200oC, thấp nhất là 140oC với tốc độ 50o

C/giây

1.3.2 Công nghệ ép nóng ra dây hợp kim 6201

Tùy vào điều kiện sản xuất và yêu cầu chất lượng sản phẩm đầu ra mà các nhà sản xuất lựa chọn quy trình cán hay ép nóng ra dây hợp kim 6201

Trong thực nghiệm, những dây dẫn cao và siêu cao thường sử dụng công nghệ ép nóng Tuy nhiên trong công nghệ sản xuất hiện đại, thông thường nhà sản xuất phổ biến sử dụng quy trình cán cho quá trình chế tạo dây dẫn hợp kim nhôm

Tương tự quá trình cán, thỏi hợp kim nhôm hình trụ được nung nóng trước ở trên nhiệt độ 470o

C (từ 500÷530oC) Các nguyên tố hợp kim chủ yếu sẽ bị hòa tan trong dung dịch rắn nhưng không ảnh hưởng đến sự nóng chảy của hợp kim Thỏi đúc đã nung nóng được đặt trong buồng ép của máy đùn ép thuỷ lực và được ép ở áp suất cao bởi pittông tạo áp lực lên thỏi đúc Thỏi đúc biến dạng qua một khuôn ép bằng khuôn thép được qua xử lý nhiệt, có nhiều lỗ tròn bán kính xác định được gia công cơ khí đặc biệt Buồng ép cũng được gia nhiệt, nhằm đảm bảo thỏi đúc luôn được giữ ở nhiệt độ đồng nhất [13]

Áp lực được thực hiện bởi pitông chính vận hành bằng dầu thuỷ lực Dầu thủy lực sinh ra dưới áp lực của bơm dầu áp lực này sẽ làm thanh nhôm được ép qua lỗ trong khuôn, tạo thành thanh có hình dạng giống với hình của lỗ trong khuôn

Sản phẩm sau khi qua khỏi khuôn máy ép được làm nguội bằng nước và cuốn dây với kích thước Ø9.5mm Quá trình làm nguội sau ép nóng xuống dưới 200oC, thấp nhất là 140oC với tốc độ 50oC/giây [13]

1.3.3 Công nghệ kéo dây hợp kim 6201

Trong quá trình kéo dây hợp kim 6201, người ta thường kết hợp tôi nhằm làm nhỏ mịn hạt và tăng cơ tính cho dây hợp kim nhôm Dây sau cán được nung đến nhiệt độ tôi ở nhiệt độ 500÷560o

C trong vài giờ rồi đem đi kéo dây Các tác giả đã chứng minh đối với hợp kim 6201 thường tôi trong một các chế độ 520oC/4h, 560oC/6 giờ,…Pha Mg2Si bắt đầu tiết ra ở 135oC đến 315oC Trên nhiệt độ 315oC nó nhanh chóng kết tụ và hòa tan Tại 371oC và 426oC, Mg2Si vẫn còn là những tiểu cầu nhỏ Hầu hết Mg2Si hòa tan lại ở 482oC Một số pha chứa sắt còn tiết ra trong khi nung đến nhiệt độ tôi Số lượng Mg2Si giảm khi tăng nhiệt độ và còn lại một ít ở 510o

C Nung nóng hiệu quả khi tôi làm giảm thiên tích tế vi và thiên tích nhánh cây xảy ra trong quá trình đông đặc nhanh chóng khi đúc trong khuôn kim loại tĩnh Khuếch tán nhanh chóng xảy ra ở nhiệt độ tôi cao hơn là nhiệt độ thấp Mg và Si khuếch tán nhanh hơn cả Fe Quá trình

làm nguội dây ép tại đầu ra của máy ép với tốc độ phải hơn 95 ᵒC/min trong khoảng nhiệt độ tới hạn 343÷260ᵒC để giữ lại dung dịch rắn quá bão hòa của Mg và Si trong nhôm Trong quá trình kéo dây, biến cứng sẽ xảy ra làm tăng độ bền của dây [11]

Hiệu quả nhiệt luyện phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Sự khác nhau của phương pháp nhiệt luyện

- Sự không đồng nhất về nhiệt luyện dây trong cuộn do truyền nhiệt không đồng đều

- Điều kiện kéo dây

- Những biến đổi thành phần hóa học, pha trong dây dẫn

- Hiệu quả của lò nhiệt luyện

Bảng 1.8 Tốc độ kéo dây cao trong quá trình kéo dây thanh hợp kim 6201 được

1.4 CÔNG NGHỆ NHIỆT LUYỆN DÂY HỢP KIM 6201

Các nghiên cứu các tác giả [12] cho thấy trước khi hóa già, thực hiện quá trình trước hóa già bằng cách nung dây dẫn lên 120oC trong 2 giờ hay 135oC trong 30 phút kết hợp với 60% gia công nguội cải thiện tính bền kéo của dây Nhưng với quá trình trước hóa già với 80% gia công nguội sản phẩm thì gây bất lợi cho sản phẩm về cơ tính Nếu tiến hành đồng thời quá trình trước hóa già và hóa già với chế độ thích hợp thì tính bền kéo của dây sẽ tăng đáng kể

Quá trình hóa già sau khi kéo dây có tác dụng tiết ra hợp chất liên kim Mg2Si tăng cường cơ tính và cải thiện độ dẫn điện của dây dẫn hợp kim nhôm, đồng thời không diễn ra quá trình kết tinh lại làm thay đổi cấu trúc nền nhôm Quá trình này thường bắt đầu diễn ra ở khoảng nhiệt độ 150÷205oC Nhiệt độ, thời gian hóa già phụ thuộc vào quá trình chế tạo dây [13]

Theo nhiều tác giả nghiên cứu, chế độ hóa già cho hợp kim nhôm 6201 phù hợp là 165 oC trong 8 giờ, 175 oC trong 6 giờ, 195 oC trong 4 giờ,…có thể tăng cơ tính, tăng khả năng dẫn điện của dây từ 52.5% đến 53% IACS

Hình 1.4 Nhiệt độ hóa già ảnh hưởng đến ứng suất kéo và độ dẫn điện của dây

Hình 1.5 Ảnh hưởng của thời gian hóa già đến ứng suất kéo và độ dẫn điện của

dây hợp kim 6201 [13]

Qua kết quả khảo sát ở hình 1.4 và hình 1.5 ta nhận thấy với khoảng nhiệt độ 165-175oC, thời gian từ 4-8 giờ là phù hợp và hiệu quả đối với hợp kim 6201 Sản phẩm dây sau khi kéo được đem nhiệt luyện hóa già nhân tạo sẽ cho chất lượng dây đạt độ bền kéo, giá trị điện trở đáp ứng yêu cầu tính chất của dây dẫn

1.5 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT DÂY CÁP HỢP KIM 6201 TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC

Hiện nay có 3 phương pháp kéo dây dẫn hợp kim nhôm phổ biến trên thế giới:

- Sản xuất không liên tục - Sản xuất liên tục

- Phương pháp SCR đúc, cán, tôi liên tục

SCR Sản xuất không liên tục Sản xuất liên tục

(a) (b)

Hình 1.6 So sánh quy trình sản xuất thanh Al-Mg-Si: (a) Quy trình SCR; (b) Các

phương pháp khác (sản xuất không liên tục và sản xuất liên tục) [7] Trước đây, hợp kim 6201 đã sản xuất và sử dụng trong thị trường với số lượng lớn được thực hiện các phương pháp sau: đúc trực tiếp trong khuôn kim loại, đúc liên tục và cán dây ở nhiệt độ trên nhiệt độ tôi của hợp kim Dây cán (9.5mm) hợp kim 6201 được sản xuất bằng phương pháp đúc trực tiếp trong khuôn kim loại (DC casting) bằng cách: thỏi nhôm được nung nóng ở nhiệt độ 371÷ 455°C, sau đó đem thỏi đi cán nóng ra dây cán và nung nóng tạo dung dịch rắn đồng nhất ở nhiệt độ xấp xỉ 538°C, làm nguội bằng nước Dây cán sau đó sẽ được kéo nguội ra dây và hóa già nhân tạo ở nhiệt độ 121÷232°C Phương pháp này sản xuất sản phẩm có thể chấp nhận được, tuy nhiên sử dụng cho sản xuất

Nấu luyện

Đúc, cán, tôi liên tục

Kéo dây

Hóa già

Nấu luyện

Đúc Đồng nhất

Cán

Cuộn thanh

Lưu trữ Tôi

Kéo dây

Hóa già

Cán ra dây 9.5mm (Rod)

Đúc, cán, tôi liên tục

theo từng mẻ mà không đúc liên tục thì chỉ sản xuất dây cán hợp kim với số lượng hạn chế do kích thước phôi nhất định, chỉ sản xuất một lượng dây cán tương ứng và các cuộn dây cán riêng biệt sẽ được hàn lại để tăng chiều dài dây Thỏi đúc sau khi tạo thành dây cán sẽ phải cắt bỏ phần đầu do chất lượng kém, vì vậy phương pháp này sinh ra một lượng phế liệu đáng kể Chưa kể những nơi hàn lại của các cuộn dây cán có cấu trúc yếu ảnh hưởng lớn đến độ bền kéo và độ dẫn điện của toàn cuộn dây cán được nối, hơn nữa không thể tạo ra điều kiện giống nhau trong nung nóng và cán của các thỏi đúc khác nhau tạo ra những cuộn dây cán có tổ chức hạt khác nhau [6]

Quá trình sản xuất không liên tục tạo một thời gian đáng kể làm cho nhôm bị oxy hóa Đó là thời gian trong quá trình làm nguội phôi đúc, thời gian nung trước dây cán đến quá trình làm nguội sau cán, thời gian quá trình tôi của dây cán Kết quả cho thấy dây cán bị oxy đáng kể, gây cứng dây cán làm dây cán bị đen mờ Thêm vào đó, khả năng oxy hóa cao và dây cán cứng sẽ gây cản trở cho việc kéo dây và làm chất lượng sử dụng của dây sau khi kéo bị xấu đi nhanh chóng Như vậy các bước thực hiện riêng biệt trong sản xuất không liên tục chế tạo dây cán hợp kim nhôm 6201 sẽ tăng chi phí do các quá trình xử lý riêng biệt giữa các quá trình chính, sản phẩm cần xử lý kỹ, và các thiết bị phụ trợ cho các quá trình xử lý trên [6]

Đối với các phương pháp sản xuất liên tục lại có ưu thế cho sản phẩm dây dẫn có chất lượng cao về cơ tính và độ dẫn điện, giảm thiểu tiêu hao sản phẩm thừa, sản phẩm loại bỏ Tuy nhiên đầu tư về dây chuyền thiết bị, nhà máy tốn kém, diện tích sản xuất lớn Phương pháp được xem là phương pháp hiện đại, tiên tiến hơn các phương pháp còn lại

Thông thường phương pháp sản xuất liên tục dây dẫn hợp kim nhôm có 3 phương pháp được áp dụng:

- Sản xuất dây hợp kim 6201 Ø9.5mm bằng máy ép đùn trực tiếp (hình 1.7)

-Sản xuất dây hợp kim 6201 Ø9.5mm bằng đúc liên tục, không ủ đồng đều hóa dây dẫn (hình 1.8)

- Sản xuất dây hợp kim 6201 Ø9.5mm bằng đúc liên tục, ủ đồng đều hóa dây dẫn trên dây chuyền (công nghệ mới) (hình 1.9) [13]

Hình 1.7 Sản xuất dây hợp kim 6201 Ø9.5mm bằng máy ép đùn trực tiếp [13]

Thỏi Nhôm nguyên chất (99,5 -99,7%)

Q

Nấu luyện hợp kim Al –

Mg - Si

Biến tính bằng AlB2 trong thùng rót trung gian

Đúc thỏi dài

Làm nguội trong nước

Thỏi hợp kim, 6m

Ủ đồng đều hóa ở nhiệt độ

560oC/6h

Làm nguội bằng nước

Thỏi sau khi tôi

Máy ép đùn

Máy kéo dâyCuộn

dây HK, 9.5mm

Cuộn dây HK

No 4No.1

No 3No 2

Hóa già ở 175oC/6h

Đo điện trở, giới hạn bền kéo

Xoắn cáp

Sản phẩm cáp điện

AAAC

Cuộn dây HK để xoắn cáp

Hình 1.8 Sản xuất dây hợp kim 6201 Ø9.5mm bằng đúc liên tục, không ủ đồng

đều hóa dây dẫn [13]

Thỏi Nhôm nguyên chất (99,5 -99,7%)

Q

Nấu luyện hợp kim Al –Mg - Si

Biến tính bằng AlB2 trong thùng rót trung gian

Máy đúc liên tục

Giá cán thứ nhất

Máy cán

Ủ đồng đều hóa trong lò giếng nhiệt độ 560oC/6h

Lò giữ nhiệt

Làm nguội cuộn dây

bằng nước

Máy kéo dây

Cuộn dây HK để xoắn cáp

Hóa già ở 175oC/6h

Đo điện trở, giới hạn bền kéo

Sản phẩm cáp điện

AAACMáy Xoắn

cáp

Giá cán thứ 8

Cuộn dây cán 9.5mmLàm

nguội trong nước

Hình 1.9 Sản xuất dây hợp kim 6201 Ø9.5mm bằng đúc liên tục, ủ đồng đều hóa

dây dẫn trên dây chuyền (công nghệ mới) [13]

Thỏi Nhôm nguyên chất (99,5 -99,7%)

Q

Nấu luyện hợp kim Al –Mg - Si

Biến tính bằng AlB2trong thùng rót trung gian

Máy đúc liên tục

Giá cán thứ nhất

Máy cánLò giữ

nhiệt

Máy kéo dây

Cuộn dây HK để xoắn cáp

Hóa già ở 175oC/6h

Đo điện trở, giới hạn bền kéo

Sản phẩm cáp điện

AAACMáy Xoắn

cáp

Giá cán thứ 8Lò cảm

ứngLàm

nguội trong nước

+

-Cuộn dây 9,5mmLàm nguội bằng nước

lạnh