該項(xiàng)目研發(fā)的7A21、7A41質(zhì)量輕，密度僅為鋼材的1/3，強(qiáng)度高，屈服強(qiáng)度達(dá)到440兆帕。采用7A21、7A41制造的高強(qiáng)鋁合金桿塔，實(shí)現(xiàn)了降低塔重和免鍍鋅，為解決山區(qū)塔材運(yùn)輸、施工和維護(hù)困難，以及降低鍍鋅污染等探索出了一條新路。
輸電桿塔是保證電力供給的重要設(shè)備之一。常規(guī)的輸電鐵塔由鋼材建造，需要用熱鍍鋅的方式進(jìn)行防腐。在鍍鋅過(guò)程中，會(huì)排放廢氣、廢水和鋅渣等，污染環(huán)境。而且鋼材密度較大，往往較為粗大笨重，給運(yùn)輸以及安裝等帶來(lái)了不便。
中國(guó)電力科學(xué)研究院牽頭承擔(dān)的國(guó)家電網(wǎng)有限公司總部管理科技項(xiàng)目“高強(qiáng)鋁合金輸電桿塔設(shè)計(jì)加工技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化研究”近日通過(guò)專家驗(yàn)收。中國(guó)電力科學(xué)研究院開展了國(guó)內(nèi)首基自立式鋁合金桿塔的真型試驗(yàn)。其試驗(yàn)塔采用項(xiàng)目研發(fā)的7A21和7A41高強(qiáng)鋁合金材料，并采用中國(guó)電力科學(xué)研究院新研發(fā)的新型YT截面型材。試驗(yàn)結(jié)果表明，鋁合金桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、加工工藝可靠，新型截面承力性能優(yōu)秀且兼顧防墜落滑軌功能，成功驗(yàn)證了鋁合金材料在輸電桿塔中應(yīng)用的技術(shù)可行性。
該項(xiàng)目研發(fā)的7A21和7A41，屬于7系鋁合金。根據(jù)化學(xué)元素成分不同，鋁合金共分為9個(gè)系列。1系又稱“純鋁”，含鋁達(dá)99%之上，2系是以銅為基本合金元素的鋁合金，3系是以錳為基本合金元素的鋁合金，4系以硅為主、5系以鎂為主、6系以鎂和硅為主，7系以鋅、鎂和銅為主，8系以鋰為主，9系是一種預(yù)留合金。
7系鋁合金屬于可熱處理強(qiáng)化合金，固溶處理后有較高的強(qiáng)度和可塑性，并有良好的低溫強(qiáng)度。7系鋁合金早期主要應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域，因此被稱為“航空鋁”。由于其綜合性能優(yōu)良，如今正逐步應(yīng)用在高端電子、汽車、軌道交通、工業(yè)等領(lǐng)域。
7A21和7A41是我國(guó)自主研發(fā)的兩個(gè)中高強(qiáng)度的7系鋁合金，它們克服了一般的7系鋁合金耐腐蝕性弱等缺點(diǎn)。中國(guó)電力科學(xué)研究院輸變電工程研究所高級(jí)工程師耿景都說(shuō)，這兩個(gè)鋁合金材料的主要?jiǎng)?chuàng)新之處在于，一是通過(guò)合金成分的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，達(dá)到可替代鋼材的力學(xué)性能強(qiáng)度；二是實(shí)現(xiàn)了鋁合金在線熱處理，縮短了生產(chǎn)周期及加工效率，并在一定程度上降低了加工成本；三是開發(fā)了鋁合金專用的多級(jí)熱處理機(jī)制，使材料具有優(yōu)良的組織結(jié)構(gòu)。
鋁是比較活潑的金屬，能夠和各種氣體發(fā)生反應(yīng)，因此熔煉、淬火和冷卻過(guò)程直接影響著鋁合金的質(zhì)量。傳統(tǒng)的合金淬火工藝主要采用離線淬火方式，但這種方式消耗的能量較多、工藝較為復(fù)雜。在線熱處理在機(jī)器上連續(xù)完成淬火、矯直等工序，不需要重新加熱，在很大程度上減少了生產(chǎn)時(shí)間，提升了整體生產(chǎn)效率；而且不需要吊運(yùn)中間制品等，因而產(chǎn)品長(zhǎng)度不易受到吊運(yùn)和淬火爐等影響，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了廢料等損失。7A21和7A41實(shí)現(xiàn)了在線熱處理，這使得其更具有優(yōu)越性。
該項(xiàng)目研發(fā)的7A21、7A41質(zhì)量輕，密度僅為鋼材的1/3，強(qiáng)度高，屈服強(qiáng)度達(dá)到440兆帕，與輸電鐵塔常用的Q420高強(qiáng)鋼的屈服強(qiáng)度屬于同級(jí)別。采用7A21、7A41制造的高強(qiáng)鋁合金桿塔，實(shí)現(xiàn)了降低塔重和免鍍鋅，為解決山區(qū)塔材運(yùn)輸、施工和維護(hù)困難問題，以及降低鍍鋅污染等探索出了一條新路。該鋁合金還可替代鋼材等材料，拓寬7系鋁合金的應(yīng)用范圍，為新能源汽車、高端電子、電力通訊等行業(yè)開辟了新的材料替代方案。
隨著新技術(shù)和新工藝的不斷發(fā)展，耿景都說(shuō)，目前，7系鋁合金產(chǎn)品在各領(lǐng)域的應(yīng)用已越來(lái)越廣泛，但應(yīng)用較廣的7系鋁合金產(chǎn)品主要還是強(qiáng)度在500兆帕以內(nèi)的中高強(qiáng)7系鋁合金。600兆帕及以上強(qiáng)度的超高強(qiáng)7系鋁合金仍應(yīng)用得較少。未來(lái)，鋁合金的超高強(qiáng)度與耐腐蝕性能之間的矛盾，大規(guī)格鑄錠制備、擠壓成型以及熱處理工藝還有待突破。
