毕业设计（论文）热处理对铝硅合金电导率的影响

密级： 热处理对铝硅合金电导率的影响The impact of heat treatment on the conductivity of Al-Si alloy学 院：材料学院专 业 班 级：材料成型及控制工程0805班学 号：080201143学 生 姓 名：李振庄指 导 教 师：白彦华 （教授）年 月摘要Al-Si系合金一般含 Si 量为410，合金的组织由韧性的 固溶体和坚硬的共晶硅相所构成，具有良好的耐磨性以及一定的强度和韧性。由于硅的线膨胀系数小（仅为铝的1/6 左右），所以Al-Si合金也具有较小的线膨胀系数，常用于制造高速运动中经受摩擦的机器零件，以及要求在工作温度变化条件下能保持较高尺寸精度的零件。Al-Si合金的铸造性能良好，且不形成热裂，因而可用来铸造各种形状复杂的铝合金铸件。但是，目前铸态Al-Si合金的电导率尚不尽人意，在输电过程中，会造成社会资源的巨大浪费，甚至还会引起机械设备的事故，严重降低输电率。因此，研究Al-Si合金的电导率对国家的国民经济发展有着重大的现实益义。本实验根据新东北电气沈阳高压开关有限公司对ZL101A合金电导率的要求，对铝硅合金进行了不同的固溶处理和时效处理，研究热处理对Al-Si合金电导率的影响，在保证合金具有一定的硬度的前提下，来提高合金的电导率。实验结果表明：铸态Al-Si合金的电导率约为37 %IACS左右，而通过热处理之后的Al-Si合金的电导率很多都能打到40 %IACS以上，甚至更高，提高了8以上。但是，通过对其硬度的测试，发现电导率越高，硬度值越低，所以只通过热处理，电导率和硬度二者是不能兼得的。关键词：Al-Si合金；热处理；电导率；硬度AbstractThe content of Si in Al-Si alloys generally is 410%, and the alloy is made up of f -solid solution and the hard eutectic silicon phase , with good wear resistance ,strength and toughness. Because the linear expansion coefficient of silicon is small (only about 1/6 of the aluminum), the Al-Si alloy has a smaller linear expansion coefficient, commonly used in the manufacture of high-speed movement of machine parts subjected to friction, and require to maintain the high dimensional accuracy of parts under the changing in operating temperature conditions. Al-Si alloy casting has good performance, without the formation of thermal cracking, which can be used to cast complex aluminum castings of various shapes. However, the conductivity of the cast of Al-Si alloy is still unsatisfactory, It will cause a huge waste of social resources, machinery and equipment or even cause an accident, severely reducing the transmission rate in the transmission process. Therefore, the study of Al-Si alloy conductivity has great practical benefits righteousness to the countrys national economic development. According to the requirements of ZL101A alloy of the Shenyang High Voltage Switchgear Co., Ltd. New Northeast Electric conductivity of, , This experiment did different solution treatment and aging treatment to Al-Si alloy, to study the heat treatment on the electrical conductivity of Al-Si alloy. And our aim is to improve the conductivity of the alloy in ensuring under the premise of the alloy has a certain hardness.The experimental results show that: the conductivity of the cast Al-Si alloy is approximately about 37% IACS ,and the conductivity of Al-Si alloys after heat treatment, many can hit more than 40% IACS, or even higher, and it can improve 8% or more. However, we can find that the higher the conductivity, the lower hardness value through testing of its hardness, so, conductivity and hardness cant have both only by heat treatment. Key words：Al-Si alloy; heat treatment; conductivity; hardnessIII 目 录第1章 铝硅合金11.1 铝硅合金的性质11.1.1 铸造铝硅系合金11.2 铝硅合金的生产现状31.2.1 常用铝硅合金的生产工艺比较41.2.2 耐蚀铸造铝合金71.3 铝硅合金的电导率101.3.1 影响铝的电导率的因素:101.3.2 影响电导率测量的因素121.3.3 热对铝合金性能的影晌141.4过热检查141.5 新东北电气简介15第2章 实验材料、设备及实验过程202.1 实验材料202.2 实验设备202.3 试验过程242.3.1 淬火过程252.3.2 退火过程252.3.3 测量电导率272.3.4 测量硬度282.3.5 观察金相29第3章 实验结果及分析293.1 测量电导率及硬度的结果293.2 观察金相结果31第4章 结论31参 考 文 献32致 谢34I 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）第1章 引言1.1 铝硅合金的性质铝及其合金是有色金属中用途最广的轻金属之一，化学符号为Al，在元素周期表中属A族，原子序数13，原子量26.98154，面心立方晶体，常见化合价为+3。它具有密度小，重量轻，比强度高，导电导热性能好，具有较好的耐蚀性能。铝合金的使用量在日益增加，例如，在航空、航海、高速列车等交通运输工业中大量采用密度小、强度高的铝合金制作构件，如飞机机身、机翼的蒙皮等。高压开关铝合金整体铸造罐体需要配套生产,而国内过去均采用焊接钢质罐体,达不到输变电向超高压大容量方向发展的要求。由于铝制品轻便，耐腐蚀性好，表面光洁美观等优点，因而广泛应用于日常用品、包装和装潢等各个行业，因而在国民经济中占有重要地位。1.1.1 铸造铝硅系合金（1）铝硅合金的特性 铝硅二元合金具有简单的共晶型相图（见图1-1）。室温下只有（Al）和（Si）两种相，（Al）的性能和纯铝相似，（Si）的性能和纯硅相似。从图中可看到硅在 固溶体中溶解度随温度升高而增加，室温下仅溶0.05%硅，而在577时可溶解1.65%硅，超过该限度时硅以相存在， 相中只能溶解极少量的铝，因此可看作纯硅相。Al-Si 系介于含1.65wt%的铝固溶体和纯硅之间，在577（850K）时有一个共晶反应，形成（+）二元共晶相。以Si 为主要合金元素的铝硅合金是最重要的铸造合金，因为这些合金的流动性好，铸造时收缩小，充型能力较好，热裂、缩松倾向较小，热膨胀系数（CTE）低。过共晶合金中硬的初生硅粒子赋予合金良好的耐磨性，尽管机械加工时存在困难，但过共晶合金仍在摩擦零件上获得了广泛应用，含Si 量达13-26%的过共晶合金具有热稳定性高、耐磨性好、线膨胀系数低等优点，是高压开关的理想材料。图1-1 铝硅二元合金相图（2）过共晶铝硅合金中硅的形态特征 硅晶体是金刚石立方晶体，晶胞是面心立方晶格内多出4个原子（图1-2中影线球所示），图中箭头示出硅原子的位置可以从面心晶格上的位置，沿体对角线平移 1/4 距离而得到1。故各晶胞内的原子（影线球）也构成一个面心立方（fcc）晶格。它和原来的晶格（白球）相比，只是沿体对角线相对平移了1/4,所以硅晶体的金刚石晶格可以看作是由两个fcc晶格套在一起构成的。它的111密排面是双重的，图 1-2b 中水平面就是双层（111）面。其中每个双层面内的每个原子都有三个共价键与另一层相结合，所以双层面内结合很强；而在两个双层面之间距离较大，每两个原子才有一个共价键，致使双层面之间结合较弱,因此晶格缺陷及孪晶容易在双层面内形成和扩展。双层密排面结合牢固，它的能量低，故在晶体生长中有使晶体表面为111晶面的趋势。同时 fcc 晶格内共有4 个不同方向的111面围成正四面体，它的棱都是110方向，两个111面之间的夹角为70032，三角形的111面上与各棱垂直的中线112就是优势生长方向，对其中一个（111）平面内的择优生长晶向有6 个。由于上述特性，使得晶体生长呈各向异性。（a） 晶胞 (b)双层密排面图1-2 硅晶体的金刚石晶型结构因在111晶面上悬挂键少，吸引铝液中Si 原子的能力小,而形成一层新晶面需要的原子最多（密排面），故沿111晶向生长慢。而与它垂直的6 个112到系列的晶向密排面边缘悬挂键多,形成新晶面所需的原子少，生长得较快,从而Si晶体的生长表现出片状生长特征。而且Si 是共晶体生长的领先相，在生长过程中，边缘突出在铝液中，故能够体现出自身的生长特征，最终易长成片状。而且在硅晶体生长过程中易在111双层密排面之间因层错而形成孪晶，在结晶前沿形成 109028的凹谷，此凹谷构成生长源，硅原子或原子团（硅四面体）在此处堆砌所需能量较小，故生长更快，促使形成片状，可能是单片，也可能从复合结晶核心或按搭桥方式以辐射状向四周伸展形成一簇硅片。1.2 铝硅合金的生产现状铸造铝合金的密度小、比强度高，在承受同样载荷条件下采用铝合金制件，可以减轻结构的重量，因而铝合金制件的应用很广泛。铝合金按照加工方法的不同而分为两大类2，即铸造铝合金和压力加工铝合金。在铸造铝合金中又依主要加入的合金元素的不同而分为四个系列，即铸造铝硅合金、铸造铝铜合金、铸造铝镁合金、铸造铝锌合金。铝硅合金的枝晶不发达，结晶温度间隔是几类铸造铝合金中最小的，因而其铸造性能也是最好的。铝硅合金的铸造工艺方法很多，常用的有高压铸造、低压铸造、砂型铸造、金属型铸造等。目前，对于重量较大的铸件（如高压开关用的铝硅合金铸件），生产中常用的工艺是砂型铸造和金属型铸造3。1.2.1 常用铝硅合金的生产工艺比较（1）高压铸造 高压铸造是将液态铝合金在高压下快速注入压铸模型腔内，在高压下快速凝固而获得铸件的一种方法，在目前所有铸造方法中，其生产效率最高。其产品具备表面组织晶粒细化、尺寸精度高、机械性能好、生产效率高等特点4。图1-3是高压铸造成形的压力填充模式，在1933 年由德国人弗洛梅尔（Frommer）提出，后由现代高速摄像机在模拟试验中拍摄而证实。通常情况下，高压铸造都是采用喷射状充填型腔，从图1-3可以看出，冲型时铝合金液流的快速注入超越了压铸模型腔内气体的上升速度，腔内空气来不及排出而被裹入铝合金液内，在此情况下，压铸件内部会出现弥散的气孔5。图1-3 喷射状充填压铸件抗拉强度、密度和壁厚的关系如图1-4所示。壁厚/mm图1-4 压铸件抗拉强度、密度和壁厚的关系（2）低压铸造 低压铸造是在低于0.1MPa 的压力作用下，将液态铝合金从下向上压入铸型型腔内从而获得铸件的工艺。其最大的特点是：可使型腔内上升的铝合金液具有连续的表面，达到图1-5所示的效果6。图1-5 顺序状充填重力或低压铸造，铝合金浇注上升速度低于铝合金液中气泡的上升速度，配合型腔排气口适当的设置，可以有效地将浇注时产生的气体、氧化物等杂质排除掉。低压铸造可以实现凝固顺序，避免应力和裂纹的产生，从而使低压铸造件组织致密、体内无气孔，可以通过热处理方法来提高机械性能，增强稳定性。（3）砂型铸造 砂型铸造适用于生产壁厚较大的铝合金铸件，铸件的显微疏松倾向和壁厚敏感性低，在体积较大的高压开关用铸件领域有明显的优势。 型砂 由于铝合金密度小，如果使用透气性差的型砂，砂型内产生的气体在压力的作用下容易使铸件产生缺陷，且在浇注时熔体也易发生氧化，特别是砂型产生的水蒸气易与熔体发生反应生成氧化物，因此，砂型必须具有很高的透气性。 铸造工艺 浇道和冒口的设计方案对砂型铸件的质量会产生很大的影响。浇口设计不良会导致溶渣混入铸件中，而不合理的冒口设计则会导致缩松的产生。因此，设计的浇注系统应能使熔体平稳流动，防止涡流及飞溅的发生，以阻止溶渣的形成，即使产生溶渣也应在进入铸型前使溶渣和合金液分离。如果横浇道的横截面比直浇道大，浇口总截面比横浇道大，就可达到防止金属溅射的目的7。通常下者之间的面积比为1:2:4 或1:4:8。（4）金属型铸造 金属型铸造也叫永久型铸造，铸造工艺成本较高，一般用于批量生产。通常适合砂型铸造的铝合金也可以进行金属型铸造，但热脆开裂倾向较大的除外8。相对砂型铸造而言，金属型铸造的铸件尺寸精度较高且表面光滑，凝固速度快，力学性能高，机加工余量少，甚至有的部位可以完全小预留机加工余量，且占地面积小，铸型和模具可重复使用9。金属型铸造可以采用顶注式、立缝式、底柱式等三种类型的浇注系统。为了避免在浇注过程中金属不平稳进入铸型而形成熔渣，金属应当以较低的速度进入铸型10。小工件以及有大平面的较大工件常常要经过冒口后再进入型腔；蛇形直浇道能减少因夹渣而造成的废品；采用立缝式浇注系统时，立缝宽度应当比砂型铸造的大一些；采用底式浇注系统时，最好是通过砂芯引入金属。1.2.2 耐蚀铸造铝合金铝与铝合金因其密度小、外观色泽好、价格低廉而成为优良的轻型结构材料， 耐蚀铝合金是铝合金的一种，广泛用于船舶、腐蚀性大气环境下长期使用的构件等领域， 其合金化是通过在纯铝中加入合金元素提高强度并保持较好的耐蚀性能。耐蚀铝合金包括耐蚀锻造铝合金和耐蚀铸造铝合金， 耐蚀锻造铝合金主要有铝镁和铝锰系两种，其制品为板材、管材等； 耐蚀铸造铝合金则以铸造工艺生产出各种形状尺寸的铸件。对于耐蚀铸造铝合金来说， 传统的耐蚀铸铝合金（ZL301）依靠高的Mg 含量（约10%）来保证其耐蚀性，但高的Mg 含量也带来了铸造性能较差，合金熔铸时氧化、夹杂、针孔等铸造缺陷增加，且有自然时效倾向（使用一段时间后机械性能下降），所以需要采取各种措施才能保证合金的成功生产应用11。后来的研究沿着降低Mg 的途径，先是上世纪60年代研制的ZL301 改进型ZL305 合金， 该合金Mg7.5%9.0%、加Zn及加入辅助元素Be、Ti 12，但毕竟Mg 含量还是较高，熔铸工艺性能仍较差；随后上世纪80 年代研制中Si 低Mg 的ZL115 合金（4.8%6.2%Si-0.4%0.65%Mg-l.2%1.8%Zn）15-16；上世纪90 年代起新的研究方向是低Si 低Mg 的Al-Mg-Si 系合金（1.5%2.0%Mg-2.0%3.0%Si），该系合金以Mg、Si 为主加元素，Mn、Cr等为辅加元素，初步的研究表明它们具有较好的铸造性能、力学性能及耐蚀性能13。下面就对ZL301、ZL305、ZL115 和新型低镁低硅Al-Mg-Si 系耐蚀铝合金的发展过程、对各系耐蚀铸铝合金的成分特点、组织组成及性能特点进行分析与比较。纵观国内外耐蚀铸铝合金的研究与应用， 其成分经历了从单纯的高镁Al-Mg 系、高镁Al-Mg 系降低Mg 再加Si、Mn， 发展到高镁Al-Mg 系辅加Zn、Be、Ti，以及采用中硅低镁的Al-Si-Mg-Zn 系，直至近几年出现的低镁低硅的Al-Mg-Si 系的过程。以国内对耐蚀铸铝合金的牌号命名来看，ZL301、ZL303 是最早应用的耐蚀铸铝合金， 其后发展的有ZL305 合金、ZL115 合金，近来开始研究的低镁低硅Al-Mg-Si 系合金又称为Al-Mg2-Si3 系合金但尚未有正式牌号。工业用ZL301 合金的成分为9.5%11.0%Mg，Mg 的加入使合金表面有一层高耐腐蚀性的尖晶石（Al2O3MgOXRnOm）膜，在海水介质中有很高的耐腐蚀性，且Mg 的原子半径比A1 大13%，容易产生固溶强化；ZL303 合金的主要成分为4.5%5.5%Mg和0.8%1.3%Si,其实是Al-Mg-Si 系合金，其中镁在铸态下一部分固溶于固溶体、一部分生成Mg2Si，Mn 主要是形成四元化合物AlFeMnSi， 降低Fe 的有害作用。ZL303合金中的（+Mg2Si）共晶体可以改善合金的铸造性能14。上世纪60 年代以来， 国内外先后开展了对ZL301 合金的改进型ZL305 合金的研究，主要是加入了能抑制相析出和扩散的元素Zn、Cu、Ag、Mn等元素，适当降低Mg 含量，并使Mg+Zn 总量相当于ZL30l 的水平，以期既保证足够的力学性能，又解决自然时效稳定性的问题。ZL305 合金中Zn能同时溶入固溶体和相中形成Mg32(AlZn)49化合物，抑制Mg 原子的扩散，阻滞了相的析出，延缓了AlMg合金的自然时效。合金中相呈不连续分布，显著地提高了合金的抗应力及抗腐蚀性能， 加入Be可以提高合金液表面膜的致密度，防止铝液的氧化、吸气，同时减少元素的烧损，但Be 含量过多会使晶粒变粗，降低合金塑性、增大热裂倾向，所以再加入Ti 以细化晶粒15。80 年代初， 洛阳725 研究所经过近l0年的努力， 研制出一种新型铝硅系铸造合金ZLll5，ZLll5合金为Al-Si-Mg-Zn 系铸造铝合金， 是在Al-Si-Mg-Cu 系铸造铝合金ZLl05 基础上发展起来的，合金含4.8%6.2%Si，保证合金具有良好的铸造工艺性能， 流动性好， 形成热裂和疏松倾向小； 含有0.4%0.65%Mg， 保证合金具有足够的强化效果和耐蚀性；含有l.2%l.7%Zn，可进一步提高合金强度。ZLll5 合金于l983 年通过中船总公司鉴定，列入船标GB884一83 和国标GBll73一86， 改进型的优质合金ZLll5a 列入船标CBll95一88，并己在专用产品中得到应用16。上世纪90 年代以来，国内西南铝业公司、中南大学等单位的一些研究者开始了对低镁低硅的铝合金的研究，合金的典型成分为：Al-2.l%Mg-2.5%Si-0.8%Mn-0.2%Cl，常将其写成Al-Mg2-Si3 的形式，研究表明这种合金具有很好的耐蚀性及其他综合性能17。铝合金以其良好的力学性能（较高的比强度，比刚度）和优良的铸造性能，在工业中被广泛应用，是汽车，造船，航空及其他制造行业的重要结构材料。如在汽车工业中运用铝合金取代铁合金能起到减轻自重，提高功率质量比，达到节能、高速、高效的目的。1种评价指标为自重减少50kg，则每升油的行程增加1km。现以奥拓汽车为例，每升油行程为20km，顾故可推算节能效果为5。另一种评价指标认为，车身自重减少3%，油耗可减少1%3%（平均2%），仍以奥托汽车为例，其自重460kg，减重3即20kg，可减少油耗2%（平均），社会效益十分可观18。因此，世界各国对材料的选择正从传统的钢铁材料向轻合金及其复合材料、高分子及其复合材料、陶瓷及其复合材料转移，其中尤以轻合金材料为主，而在轻合金材料中，铝合金又占有非常重要的位置。在铸造铝合金中应用最广泛的1种合金材料铸造铝硅系合金，具有容重小、强度高、铸造成形性好和加上性能优良等一系列优点，已成为制造行业中最受重视的结构材料之一。但是，目前铸造Al-Si合金的铸态力学性能尚不尽人意，通过热处理虽然能提高其力学性能，但足这样会增加投资、降低生产效率、耗时耗能。因此，开发1种铸态高强韧性铝硅合金就显得很有必要。国内、国外铸造Al-Si合金的性能比较，见表1表1 国内、国外铸态铸造铝硅合金机械性能对比19国别 牌号 状态 抗拉强度 延伸率 硬度b/MPa5/ HB中ZL119* 金型铸造 230 3 90ZL106 砂型铸造 173 1.5 75国ZL111(加Be) 金型铸造 202 1 80美A328 砂型铸造 172 1 70国 A333 金型铸造 193 1 90德GKAlSi12 金型铸造 150 3 50国GKAl10Mg 金型铸造 180 2 60日AC2A 金型铸造 186 2 75本AC4D 金型铸造 177 2 70*为重庆大学正在研究的1种新型铸态铸造铝硅合金铝是地球上蕴藏量最丰富的有色金属, 具有良好的导电性, 价格低于铜、银等金属, 因此, 铝及其合金被广泛地用作导电材料, 除用来制造电线、电缆外, 还常常被用来制造中、高压输变电设备中的零部件。目前, 输变电设备中常用的是ZLSi7MgA合金, 该合金是铝硅镁系亚共晶型可热处理强化的铸造铝合金, 由于采用高纯度原材料降低杂质含量, 添加细化元素调整合金成分, 因而具有高的力学性能。生产中存在的主要问题是合金的电导率偏低, 常常达不到设计要求, 从而影响到产品的质量及性能, 是一个亟待解决的问题。合金的导电性能不仅与自身的成分有关, 而且还常常受合金制品加工成型工艺的影响。为此,我们重点考察热加工工艺对合金导电性的影响, 并对这种影响的微观机制进行分析, 在此基础上寻找出进一步提高ZLSi7MgA 合金导电性能的途径20。1.3 铝硅合金的电导率1.3.1 影响铝的电导率的因素:( 1 ) 合金元素对电导率的影响:当合金元素加人铝中时, 由于铝原子的位错会产生对原始晶格的影响( 图1-6a), 这种位错使电子通过材料的过程变得更加困难, 电导率降低( 图1-6b)。合金元素尺寸的大小对纯铝电导率也有一定影响(图7) 。例如, 尺寸小于铝原子的元素硅(Si) 及锌(Zn) 对电导率的形响小于镁（Mg) 及铜(Cu)。而合金元素对侣合金的电导率的实际影响是每种单独元素影响的合成21。图1-6合金元素，图1-7( 2 ) 热处理对电导率的影响:铝合金热处理后强度会增加, 而且电导率也会改变。通常合金的强度越高, 电导率的值就会越低。当合金强化时, 沉淀相的长大会增加材料的强度, 而这些沉淀强化相也会影响电子的移动并降低材料的电导率。变形铝合金时效后, 如果超过峰值强度, 发生过时效, 那么会增加其抗腐蚀性22 (见图1-8)。图1-8( 3 ) 温度对电导率的影响标准电导率的值是在室温下( 20 ) 标定的。当升高温度时, 单个原子的运动状态也会增加, 使电子通过这个区域的难度增加, 从而降低电导率。同样, 降低温度,原子的运动减弱, 使电子的移动变得容易23。因此增加电导率( 图1-9 )。a-室温状态 b-升温状态图1-91.3.2 影响电导率测量的因素( 1) 材质及包铝层厚度24由于涡轮流是通过渗透作用来完成的, 因此被测的材料厚度可以直接影响电导率的读数。厚度的影响取决于使用的测试频率。大多数有包铝层的铝合金产品的电导率要高于其基体合金的电导率 (见图1-10 )。(2 ) 分离和材料厚度当涡流探头离开工作表面时(增加分离的程度) , 线圈的磁性区域很难进人到材料中, 这将引起所测的电导率值降低。当具有一定形状的试样板被测量时, 随着材料厚度的减小, 所测的电导率的值会增加, 然后再减少( 见图1-11 )。( 3) 探头到边缘距离对电导率测量的影响25这种影响要依赖测示探头的屏蔽当探头接近边缘时, 电导率的读数会受到影响, 而一个良好的屏蔽探头则是不会受到边缘效应的影响( 见图1-12) 。(4) 连接结构对电导率的影响26探头屏蔽量也会对连接结构的电导率的测量产生影响, 材料的高、低不平将会产生比高电导性材料更大的影响( 图1-13)。图1-10 板材厚度/mm 图1-11 涡流探头到连接结构的距离/mm 图1-13图1-12 1.3.3 热对铝合金性能的影晌27经热处理后的铝合金加热升温时, 其力学性能如强度及硬度可能会受到形响。温度越高, 在短时间内性能受到影响越大。如在162 对于0. 8 12 厚的7 0 7 5 一T 6板, 降低到最小的极限应力强度, 需保1000min , 而在3 9 9 只需不超过30s。力学性能的变化常常伴随着电导率的变化, 并且可以通过涡流的方法检测出来( 见图1-14) 。保温时间/min图1-141.4过热检查281.目视检查首先清除受损区城积炭和烟尘, 看是否有明显的损伤迹象。如: 底漆、表漆出现消色及结构变形。2 .用比较法洲试电导率首先确定所期望的电导率范围。在未损伤的区域上建立基准电导率, 并且必须满足下面三个条件:( 1 ) 一样的材料,( 2 ) 一样的厚度;( 3 ) 一样的几何形状。由于结构的变化, 电导率的读数也会不同。因此, 对于每个不相同的结构区域( 如图G l 一D , G 2 一D 2 等) 应分别进行检侧。首先在认为是好的区域上进行读数, 然后朝着有热损伤倾向的区城方向进行检侧( 见图1-15)。图1-15G-好的区域 D-认为受损区域1.5 新东北电气简介新东北电气集团有限公司是中国机械及电力事业领域中集科研、开发、制造及商贸为一体的多元化产品及服务提供商。 新东北电气集团有限公司的历史可以追溯到1937年，作为中国输变电行业领先企业，见证了中国电力事业及机械行业的发展与辉煌，目前已成为中国输变电行业专业生产高压、超高压、特高压输变电设备及其它相关机械设备的重点生产制造基地。公司2002年5月按现代企业制度建立起来的外商独资企业。 公司占地面积20余万平方米， 主要设备1200余套，现有员工2000余人，其中，工程技术人员300余人， 管理人员300 余人 。公司吸纳了日本日立公司和瑞士ABB公司先进的生产技术及管理经验，具有较强的产品研发能力和生产制造能力，是国内输变电高压开关设备主要科研制造基地之一。公司主导产品有气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）、六氟化硫断路器、发电机保护断路器等20余个系列，190余个品种，450余种规格，分布于72.5kV-800kV的多个电压等级。目前， 公司产品已遍布全国并远销巴基斯坦、 孟加拉、越南、朝鲜、泰国、印度尼西亚、尼泊尔、菲律宾、叙利亚、缅甸、苏丹、土耳其、巴西、津巴布韦、吉尔吉斯斯坦等20多个国家和地区，在国内外市场上享有较高的声誉。公司所有产品均严格遵照国家标准（GB），国际电工委员会标准（IEC）等相关要求进行制造，并通过ISO-9001-2000质量体系认证和荷兰KEMA的资质认证，同时具有压力容器设计制造资质和瑞士ABB 550kV GIS生产资质，以及完善计量检测体系合格企业，公司产品先后荣获了国家部委，省市等各级奖励40余项。 公司作为目前国内唯一的800kV超高压GIS生产厂商，为国家第一条750kV超高压输变线路制造的GIS设备已投入运行，同时目前已有多套550 kV GIS运行于三峡左岸等工程，并已获得了三峡右岸550 kV GIS的制造合同；在售后服务方面，公司在全行业率先推行了用户服务制度，由此获得了“全国用户服务十佳”的称号。发展中的新东北电气新东北电气集团有限公司，是香港中国新泰集团投资在沈阳注册成立的中外合资企业，注册资本：3.8亿美元。新东北电气集团高压开关有限公司；新东北电气（沈阳）高压开关有限公司；新东北电气（沈阳）高压隔离开关有限公司；新东北电气集团高压电器有限公司；新东北电气（锦州）电力电容器有限公司；新东北电气（阜新）封闭母线有限公司是集团公司的子公司。是国家专业生产高压、超高压、特高压输变电设备的重点生产制造基地。截止目前有近万个间隔（台）开关设备及20多万组隔离开关遍布于祖国电网的大江南北、长城内外。产品出口到了几十个国家、地区，产品荣获中国名牌的殊荣。新东北电气至今已拥有资产总量达人民币50余亿元，占地面积超过百万平方米，建筑面积60万平方米，现有员工6000人，现已实现了技术、工艺、业务、管理人员本科化，技术工人岗位大专化、辅助生产岗位中专化的目标。公司是国内高压开关行业标准制订与修改的重点参与企业，具有国际、国内生产高压开关产品的全部资质，拥有国家级的检测中心，1996年6月通过ISO9001质量体系认证。主要生产设备5000余台/套，其中80%为进口世界先进设备。具有技术、工艺、研发、产品设计、前加工、罐体、机加工、电镀、铸造、绝缘、装配、检测、实验、安装、服务等综合专业门类齐全，拥有高压、超高压、特高压、隔离开关、高压并联电容器、封闭母线等六个生产制造基地，已经形成了年产百亿元的生产制造能力。企业立足于产品自主研发，引进消化吸收再研发的技术路线。新中国成立以来几乎所有的大型电力建设项目都有我公司提供的高压开关设备。1979年为我国第一个500千伏输变电工程提供550千伏断路器和550千伏高压隔离开关；80年代初开始，企业陆续引进日本日立、瑞士ABB、韩国晓星技术，通过消化吸收再研发。1982年为我国第一条重载电气化铁路（大秦线）提供27.5千伏电气化铁路专用真空断路器；1986年为葛洲坝水利枢纽工程提供大容量发电机断路器；1997年为当时国内单机容量最大的绥中火力发电厂提供国产550千伏气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）；2001年为三峡水利枢纽左岸电厂提供550千伏气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）；2005年为西北750千伏输变电示范工程提供800千伏气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）；2006年为三峡水利枢纽右岸电厂提供550千伏气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）；2008年为我国1000千伏特高压交流试验示范工程提供1100千伏气体绝缘金属封闭开关设备（GIS），等等。企业进入新的体制以来，连续多年在生产规模发展、技术产品水平的进步，向国家交税、企业盈利、员工收入等方面一直在全国同行业处于领先地位。市场销售在全国与各大区电网公司相对应设有分公司，并建立可以随时到达用户现场的售后服务网络和工程安装属地化的体制。新东北电气的高压开关产业有着70多年的历史，老沈高它创立于一九三七年，解放后做为共和国的骄子，55年派出400名工程技术人员援建了西开，70年代派出了700新东北电气集团有限公司作为中国输配电装备制造业的领先者，为中国输配电装备技术进步和电力事业的发展做出了巨大贡献并取得辉煌的成就。新东北电气集团有限公司开发并研制出中国第一套550kV气体绝缘金属封闭开关设备，填补了国内空白，并先后为我国“三峡工程”、第一条750kV超高压交流输电工程，国家百万伏示范线路“晋东南南阳荆门示范工程”提供了550kV GIS、750kVGIS及 1000kVGIS设备，目前这些设备已全部投入运行。在国际市场上，新东北电气集团有限公司的产品和技术已出口20多个国家和地区，在国内外市场上享有较高的声誉。 新东北电气集团有限公司致力于技术、产品的持续性开发与研制以满足输变电行业设备发展需求及客户需要，为用户提供高性能及高可靠性的电力输变电设备及安全、可靠和高效的技术解决方案。新东北电气（沈阳）高压隔离开关有限公司前身是沈阳高压开关有限责任公司，它始建于一九五三年，从建厂之日起就致力于高压隔离开关的研制与生产, 从五十年代中期就开始自行研制高压隔离开关，到目前为止已经形成了GW4、GW5、GW6A、 GW7A、 GW8、 GW12A、GW13、GW20、GW21、JW2、JW4、ZH1、ZH2、GN10、GN21、GN23等系列的户内外隔离开关和接地开关，是国内从事高压隔离开关、接地开关生产的主要基地，产品大量在国内发电厂和变电站运行。 新东北电气（锦州）电力电容器有限公司是经外商投资的中外合资企业，电力电容器行业骨干厂家，专业生产电力电容器及其成套装置、电容式电压互感器等产品。公司现有员工474人，其中高、中级职称技术人员103人。多年来，企业始终坚持高起点、高标准的技术改造，先后从美国、德国、意大利等国引进了电力电容器先进的制造技术和设备，使高、低压电力电容器的工艺水平及检测手段均达到国际先进水平，不仅大大提高了产品的内在质量，而且使电容器的年生产能力达到18000兆乏。 自中国发展直流输电以来，企业相继承担了国家计委“500kV直流输电工程交、直流混合滤波器国产化项目”及国家经贸委“500kV交流输电用220kV和110kV并联电容器装置”国家重大技术装备和国产化项目的研制课题，并取得了出色的研究成果。 公司新建的GIS制罐分厂建筑面积43000平方米，设有铝材自动焊接生产线与钢材自动焊接生产线；设有大型落地式机械加工设备；配有占地10000平方米的涂装生产线；直接出产各种规格铝质与钢质的GIS罐体成品。 阜新封闭母线有限责任公司是原国家机械工业部定点的唯一封闭母线专业化生产企业。公司现系外商独资企业。公司占地面积5万余平方米，主要设备有500余套，现有职工200余人，其中工程技术人员100余名。公司吸纳了法国阿尔斯通、日本日立公司和美国CALVERT公司先进的生产技术和管理经验，具有较强的产品研发能力和生产制造能力，是国内封闭母线设备的主要科研制造基地。公司主导产品有额定电压35KV及以下全系列离相封闭母线及配套设备、共箱封闭母线、共箱绝缘封闭母线、金属箱式电缆母线等。新东北电气（沈阳）高压开关有限公司坐落在沈阳市装备制造业聚集区沈阳市经济技术开发区，占地面积30万平方米，规划建筑面积16万平方米。 公司产品装配分厂建筑面积为40000平方米，均为空调及微正压洁净厂房。厂房标高达25米，可以满足特高压开关设备的总装配要求；配有一座特高压绝缘试验大厅，长72米/宽54米/高40米，设置了全新的冲击电压发生器与工频试验变压器及相应附属设备，可以满足特高压开关设备绝缘型式试验及产品出厂耐压试验的需求。企业大事记2008年12月公司与二滩水电开发公司签订官地水电站550kvGIS工程供货合同。这是公司有史以来独立承接的最大水电项目，合同金额近亿元。 2008年公司获得我国第三大水电站向家坝-上海800特高压直流输电示范工程550kV HGIS项目合同 新东北电气（沈阳）高压有限公司2008年为中国第一条1000kV试验示范工程提供1100kV气体绝缘金属封闭开关设备 2008年8月公司特高压生产制造基地，表面分厂、罐体及涂装分厂、绝缘分厂、装配分厂等主要生产厂，已于08年8月正式投入使用。 新东北电气(沈阳)高压开关有限公司在2007年为西北电网公司甘肃平良800千伏变电站一、二期工程共提供10台750kV罐式断路器 新东北电气（锦州）电力电容器有限公司在2007年9月，通过ISO9001认证，被评为质量管理体系认证合格单位。 我公司生产的ZF15-550(L)Y4000-63型六氟化硫封闭式组合电器、LW56-550/Y4000-63型罐式六氟化硫断路器获中国机械工业联合会及中国机械工程学会颁发的科学技术三等奖。 我公司作为国内唯一800kV GIS产品制造商为国家第一条750千伏示范工程提供了2个间隔的高质量产品。 我公司在国网公司特高压开关设备的招标中，一举中标南阳开关站2个间隔1100kV HGIS。 2006年公司获得我国1000千伏特高压交流输变电试验示范工程河南南阳项目的1000千伏H.GIS合同，这是我公司生产电压等级最高的GIS设备，标志着公司技术开发及制造能力已迈入国际先进行列。该工程是目前世界上运行电压最高、输送能力最大、代表国际输变电技术最高水平的输电工程。 2006年总投资12亿元人民币、年生产能力100亿元的公司特高压生产制造基地开工建设，基地位于沈阳经济技术开发区五号路14甲5号，占地面积30万平方米。 2006年公司为三峡水利枢纽右岸电厂提供550千伏GIS 2006年3月20日 BFM12-500-1W BFM21-334-1W TYD5003-0.005H ECT220-H产品通过国家电力电容器质量监督检验中心的检验。 新东北电气（锦州）电力电容器有限公司在2006年12月，BFM12-500-1W TYD5003-0.005H两种产品通过部级鉴定，BFM12-500-1W同时通过省级科技成果鉴定。 NHVS牌ZF6系列气体绝缘金属封闭开关装置（GIS）荣获“中国名牌”证书。 LW56系列罐式断路器获市优秀新产品金牌奖。 GW33252D（W）/T250050交流高压隔离开关获市优秀新产品金奖。第2章 实验材料、设备及实验过程2.1 实验材料试验所用合金为ZL101A。采用金属型铸造，其主要成分为: Si6. 5% 7. 5%，Mg 0. 25% 0. 45% ，Ti 0.2其余为Al。2.2 实验设备（1）固溶处理设备：固溶处理用型号为RX-8-6的箱式电阻炉(如图2-1所示)，额定功率为8kw，额定电压为380V，最高温度为600。箱式电阻炉的工作原理：根据炉温对给定温度的偏差，自动接通或断开供给炉子的热源能量，或连续改变热源能量的大小，使炉温稳定有给定温度范围，以满足热处理工艺的需要。电阻炉炉温控制是这样一个反馈调节过程，比较实际炉温和需要炉温得到偏差，通过对偏差的处理获得控制信号，去调节电阻炉的热功率，从而实现对炉温的控制。当电阻炉开始升温时，炉内砌砖体大量地吸收热量，以提高本身温度，在停炉冷下来时又把这一部分热量散失到空间去；这一部分形成炉体蓄热损失。一台先进的电炉应具有低的空炉损失及高的有效功率。较少蓄热相失。空炉损失的大小是衡量电炉效率好坏的重要指标，空炉损失小的电炉，可以得到高的技术生产率及低的单位电能消耗比。（2）时效处理设备：时效处理用型号为DGX-9053B-2的电热恒温鼓风干燥机（如图2-2所示）。源电压为AC220V/50Hz，额定功率为800w，温度范围为RT10250图2-1 图2-2退火作用：a.低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加。.b.化晶粒，均匀钢的组织，改善钢的性能及为以后的热处理作准备。c.消除钢中的内应力。防止零件加工后变形及开裂。（3）测量电导率设备：用型号为FD-101的数字便携式涡流导电仪（如图2-3）。工作频率为60kHz，电导率测试范围为6.9IACS110IACS（4.0MS/m-64 MS/m）， 检测精度为23IACS以下：0.1IACS 23IACS110IACS:0.3IACS，显示分辨率为0.1IACS 图2-31：标准探头 2：探头隔热套 3：仪器主机 4：连接线 5：充电器 6：校准标块 7：手提箱数字便携式涡流导电仪工作原理：仪器运用的基本原理是涡流检测原理，它是建立在电磁感应原理基础上的一种无损检测方法，适用于导电材料。如果把一块导体置于交变磁场之中，在导体中就有感应电流存在，即产生涡流。由于导体自身各种因素（如电导率、磁导率、形状、尺寸和缺陷等）的变化，会导致感应电流的变化，利用这种现象从而可判知导体的性质、状态及有无缺陷存在。（4）测量硬度设备：测量硬度时用型号为HB-3000B的不是硬度计（如图2-4所示）。测量范围为8650HBW，电源电压为220V/50Hz，额定功率为180W。度数时用HB-3000B布氏硬度计20倍读数显微镜图2-4布氏硬度计工作原理：将一定直径的硬质合金球施加试验力压入试样表面经规定的保持时间后，卸除试验力，测量试样表面的压痕的直径。布氏硬度值的计算：布氏硬度值的计算：HBW0.1022FDD-D2-d2其中：d=（d1+d2）/2 ； D, d单位为mm； F单位为N（5）观察金相设备：观察金相用型号为GX51的奥林巴斯显微镜（如图2-5所示）。光学系统UIS无限远，明场，暗场，偏光，DIC微分干涉；目镜10（视野数22），物镜5，10，20，50，100（干）；物镜转盘上下移动方式，载物台固定，粗微调同轴：向上7mm，向下2mm，粗动回转移动量：36.8mm ，微动回转移动量：0.2mm；物镜转盘为5孔转盘。图2-52.3 试验过程AlSi7MgA 合金具有较好的铸造性能, 而且由于含有一定量的Mg 可获得较高的机械性能。因为这种合金具有强度高、气密性好、铸造性能优良等优点, 所以目前在国内将其开发应用于超高压输变电设备中。这种合金要获得最佳的机械性能, 通常都要经过热处理才能充分发挥合金元素Mg 的时效强化作用, 同时也可有效地改变共晶硅的形貌来提高其塑性和强度。热处理工艺的不同, 则AlSi7MgA 合金的导电率也不同 。应用于高压电器设备中的铸造铝合金.既要求其具有良好的机械性能和气密性, 还要求其有良好的导电率。本文研究了不同的热处理工艺参数诸如固溶化时间、淬火与时效间隔、时效温度和时效时间对铸造AlSi7MgA 合金导电率的影响。在保证合金机械性能的前提下采用最佳的热处理工艺使其获得最佳的导电率。ZLSi7MgA合金通常是在T6 状态( 固溶+ 时效) 下使用, 因此, 在试验过程中改变时效温度和时效时间来考察这两个工艺因素对导电性的影响。2.3.1 淬火过程a.通电前，先检查电阻炉透气性能是否完好，接地线是否良好，并应注意是否有断电或漏电现象。b. 接通电源，打开电源开关。c. 检查炉门及烟囱密封情况，必须密封。d. 装入热电偶，打开炉门。e. 将温度设定到实验所需温度。f. 关上炉门，在挥发份条件下，升温至所需温度。观察炉门是否密封漏热，正常为密封不漏热。用薄纸片插入炉门框四周间隙应一致。 观察炉堂内变红情况，正常时桔红色。用标准热电偶检测炉温。炉内温度在所需温度后，观察机壳温度是否较热，正常时60左右（手感能触摸）。观察底部散热风扇能否正常散热。g. 热电偶不要在高温状态或使用过程中拔出或插入，以防外套管炸裂。h. 禁止向炉膛内灌注各种液体及易溶解的金属和在加热过程中打开炉门。i. 实验完毕后，关闭开关，切断电源。j. 打开炉门,取出试件,快速浸入水中。k. 整理完毕现场后，方可离开。2.3.2 退火过程a.通电前，先检查烘箱透气性能是否完好，接地线是否良好，并应注意是否有断电或漏电现象。b. 接通电源，打开电源开关。c. 将温度设定到实验所需温度。d. 禁止向烘箱内灌注各种液体及易溶解的金属和在加热过程中打开箱门。e. 实验完毕后，关闭开关，切断电源。f. 打开箱门,取出试件，置于空气中缓慢冷却。g. 整理完毕现场后，方可离开。具体热处理如表24所示：表2编号 状态 固溶/ 时间/h 时效/ 时间/h 1 T1 230 82T2 300 44T4535 6 5T5535 6 150 46T6535 6255(215) 8 7T7535 6250 3 表3编号 固溶/ 时间/h 时效/ 时间/h653561858653561958653562058653562158653562258653562358