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　　隨著市場對節(jié)能環(huán)保、輕量化的重視，鋁合金材料以其優(yōu)良的質(zhì)輕和比強性等優(yōu)點受到市場的青睞。鋁合金可以采用熱處理獲得良好的機械性能、物理性能和抗腐蝕性能。綜上所述，鋁合金材料廣泛運用于軌道交通、航空航天、船舶等領(lǐng)域是最佳選擇。

　　地鐵因其運量大、速度快、無污染、準時、方便、舒適等優(yōu)點，日益受到人們青睞，在特大城市或大城市里，建設(shè)軌道交通網(wǎng)絡(luò)是解決城市中心人口集中度大與交通擁堵等問題的最佳措施。地鐵運營一般均為雙線運行，而且地鐵線還需建設(shè)延長線、停車線、檢修線等，據(jù)此預計地鐵線路總長至少還需求1500km。伴隨地鐵線路建設(shè)大力開展的同時，供電線路必然隨之同步進行，導電軌(俗稱第三軌)是地鐵車輛運行中供電的主體型材，從目前接觸到的導電軌材料來看，平均每千米需10 ～ 12t 鋁型材，由此可以推測，我國地鐵導電軌總需求應該在15 ～ 18 萬t 之間，加上導電軌使用安裝中所需的魚尾板、壓板、接線柱等材料，總需求量至少在20 萬t 以上，需求量之大可想而知，鋁型材生產(chǎn)廠家---山東裕航合金(www.yuhang666.com)順應市場發(fā)展，對導電軌型材進行立項研究，解決了導電軌型材需求量大的同時還保證強度性能和電導率的問題，現(xiàn)在導電軌產(chǎn)品已批量生產(chǎn)，并受到了客戶的一致好評。

　　1、導電軌型材的技術(shù)難點：

　　導電軌型材因其重要的供電作用，對它的力學性能及導電率均有特殊要求，且均高于普通材料。而力學性能與導電率是兩個相互制約的因素，故給導電軌型材的研發(fā)帶來了以下兩大困難。

　　困難一：導電軌型材電導率一般要求為32.5MS/m(即56.03%IACS),而一般的6063-T6鋁型材的導電率為51%IACS，提高了5%IACS。

　　困難二：導電軌型材一般為6063-T6，其力學性能要求為：抗拉強度215MPa,規(guī)定塑性延伸強度170MPa，斷后延伸率8%。而普通的6063-T6鋁型材的力學性能標準為195MPa,塑性延伸強度160MPa，斷后延伸率8%。由此可見，導電軌型材的抗拉強度提高了20MPa，塑性延伸強度提高了10MPa。同時，導電軌型材壁厚較厚，為保證其整體的力學性能，也使導電軌型材的生產(chǎn)加大了困難。

　　2、影響導電軌型材導電率因素的分析及化學成分的優(yōu)化：

　　在導電軌型材中適當添加合金元素可以改善工業(yè)純鋁的性能，提高其強度。但是根據(jù)金屬導電理論可知，金屬中導電率對于雜質(zhì)固溶原子特別敏感，一切添加元素都會降低純鋁的導電率，因此控制雜質(zhì)含量的比率，是保證力學性能尤其是導電率的關(guān)鍵。

　　Mg 和Si 元素雖然也會使鋁的電導率下降，但因其是合金強化的主要元素，必須保證力學性能所需的基本元素。Fe元素是鋁合金中催化的元素，微量Fe 元素對電導率的影響較大，應適當控制，鋁合金中含有的微量元素對電導率影響較大的還有Mn、Cr、V、Zr、Ti，也應限制這些元素的含量。

　　(1)Si、Mg元素對導電軌型材的影響及元素配比：

　　Si元素的固溶度比Fe元素大，共晶溫度的時候(577℃)為1.65%，室溫的時候也達到了0.05%，而Fe元素在Al中的最大固溶度也只有0.052%，所以作為基本雜質(zhì)元素的Si比Fe對電阻率的影響大的多，成為影響Al導體導電性最主要的雜質(zhì)元素。通過不同Mg、Si含量對產(chǎn)品力學性能的影響，總結(jié)出的規(guī)律如圖一：Mg/Si質(zhì)量比大于正常值1.73 時材料的抗拉強度急劇下降，二者比值小于1.6時材料的塑性開始降低，Mg/Si質(zhì)量比在1.40 時其抗拉強度達到峰值，Mg/Si 質(zhì)量比值為1.5 時材料的力學性能達到最佳配合。強化相Mg2Si 的強化作用不僅與溶解度有關(guān)，而且與鎂的過剩有關(guān)，當Mg/Si質(zhì)量比大于1.73 時，過剩Mg 的存在顯著降低了Mg2Si 在固態(tài)鋁中的溶解度，造成強化相從鋁基體中析出。綜合分析可知，Mg/Si質(zhì)量比在1.5 左右時材料力學性能較好。所以應該盡可能減少合金中Si的含量，F(xiàn)e 在提高其強度的同時，降低其導電性并不顯著。在實際生產(chǎn)中，F(xiàn)e/Si比應為1.3～1.5，過高則會使電阻率顯著升高，所以也應該注意控制Fe的含量，實際生產(chǎn)中Si含量控制在0.34-0.40，F(xiàn)e元素控制上限為0.12。

　　(2)Cu元素對導電軌材電導率的影響及元素配比：

　　為研究Cu元素對導電軌型材電導率的影響，通過實驗對不同含量的Cu元素添入到Al-Mg-Si合金導電率數(shù)值進行分析，結(jié)論為隨著Cu元素添入量的增多，合金導電率先略有提高而后開始下降，導電率的變化中出現(xiàn)了峰值，即w( Cu) = 0.03% 時，合金導電率為60.18%IACS。(如圖二)

　　根據(jù)金屬導電理論，金屬晶體缺陷越少、晶格畸變越小，導電性越好。同時，鋁中雜質(zhì)元素對導電率的影響非常顯著，且以固溶狀態(tài)存在的元素影響要遠遠大于第二相析出態(tài)，這是由于雜質(zhì)元素以固溶態(tài)存在時，鋁原子點陣產(chǎn)生畸變，增加電子散射，使電阻升高。Cu原子半徑較大，引起點陣靜畸變和熱振動點陣動畸變較大，會極大影響電阻率，室溫時Cu在α ( Al ) 中的溶解度約為0. 05%，有研究表明，Cu元素的添入量不超過0. 1% 時對導電率的影響較小。Cu 元素的添入對Al-Mg-Si合金時效狀態(tài)的導電率影響表現(xiàn)為兩個方面: 一方面Cu元素促進了β″相的析出，并抑制其繼續(xù)長大，隨著β″析出相的增多，合金在峰時效時消耗了大量溶質(zhì)原子，從而減少了對自由電子的散射導致導電率升高; 另一方面隨著Cu含量的增多，其本身的固溶作用會引起晶格畸變，同時Cu2FeAl7、CuAl2第二相的析出和長大也會加強對電子的散射作用從而導致導電率下降。當Cu含量較少時，導電率的“升高”作用大于“下降”作用; 當Cu 含量過多時，導電率的“下降”作用大于“升高”作用。這可以解釋圖4 中導電率的變化情況，其中w( Cu) =0. 03%時，為導電率變化的平衡點。

　　權(quán)衡各雜志元素含量對產(chǎn)品力學性能及導電率的影響，對6063的導電軌型材的合金成分進行了優(yōu)化，優(yōu)化的結(jié)果如下(表一)：

　　牌號標準SiFeCuMnMgCrZnTi其它

　　單個合計

　　6063國標0.20-0.60.350.10.10.45-0.90.10.10.10.050.15

　　優(yōu)化0.40-0.450.120.030.020.55-0.620.020.030.01-0.020.050.15

　　3、導電軌材時效制度的優(yōu)化與調(diào)控：

　　由于型材要求導電率的同時還要求性能和延伸率，而一般型材的工藝條件和熱處理要求不能滿足，所以必須研發(fā)新的工藝制度。

　　經(jīng)過分析，要保證導電軌型材的性能，必須提高強化項的固溶度，即在淬火過程中將強化項Mg2Si最大限度的溶解在α鋁中，這就要求在擠壓時處于單項區(qū)。通過對Al-Mg2Si偽二元相圖的分析得知6063鋁合金淬火的最佳溫度為450℃-600℃，時淬火效果最佳。

　　為保證出口淬火溫度，必修將鑄錠加熱溫度與擠壓速度相配合。經(jīng)工藝研究，可以采取低溫高速擠壓和高溫低速擠壓兩種方案。當采取高溫低速擠壓時存在以下問題：

　　(1)鑄錠加熱時間長，晶粒長大，最終型材性能降低;

　　(2)加熱溫度高，時間長，加熱成本高;

　　(3)生產(chǎn)周期長，效率低;

　　(4)擠壓前后溫差大，擠壓制品前后尺寸變化大。

　　采取低溫高速擠壓可避免上述問題，最終決定實際生產(chǎn)時采取低溫高速擠壓。為保證擠壓前后由于變形熱的影響，前后溫差大的影響，采取梯度加熱，兩個加熱區(qū)間存在10℃的梯度。

　　最終產(chǎn)品性能和電導率的提升是通過時效處理實現(xiàn)的，不同溫度、不同時效時間對導電軌型材的影響差距極大，通過對以下175℃、195 ℃、215℃三種時效制度的性能和電導率的試驗，發(fā)現(xiàn)175 ℃和215℃強度達到要求時電導率不滿足要求，而195℃時性能和電導率都能滿足要求。通過性能和電導率相統(tǒng)一，最終確定195℃時效各方面達到最大。