專(zhuān)利名稱(chēng)：一種精密銅件制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種精密銅件制作工藝，尤其涉及高速列車(chē)、輕軌、地鐵等軌道交通牽引電機(jī)用的一種高強(qiáng)高導(dǎo)精密銅件制作工藝。
背景技術(shù)：
隨著高速鐵路、城際輕軌、地鐵等軌道交通的發(fā)展需要，電力機(jī)車(chē)的安全運(yùn)行成了一個(gè)重要的研究課題。由于電力機(jī)車(chē)的頻繁停靠站，牽引電機(jī)也頻繁啟動(dòng)，頻繁且巨大的啟動(dòng)電流造成牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體以及接觸網(wǎng)零部件的溫升提高，有時(shí)高達(dá)300°C，電機(jī)轉(zhuǎn)子材料目前主要采用紫銅，其軟化溫度在250°C左右，當(dāng)溫升達(dá)到300°C時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子材料強(qiáng)度急劇下降，容易發(fā)生材料開(kāi)裂，造成牽引電機(jī)的停機(jī)事故和影響電力機(jī)車(chē)的安全運(yùn)行。對(duì)于牽引電機(jī)，由于電機(jī)的大功率、大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)頻繁，因此對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子材料以及電氣連接件的力學(xué)性能要求很高，并且要求具有較好的導(dǎo)電性能。然而，高強(qiáng)度與高導(dǎo)電性(即低電阻率)之間是一對(duì)矛盾，傳統(tǒng)的工藝辦法無(wú)法滿(mǎn)足。為了解決這個(gè)矛盾同時(shí)擁有這些性能，需要新的技術(shù)、新的制作工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為了克服高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性不可兼得的矛盾，提出一種精密銅件制作工藝，所述制作工藝包括以下步驟
步驟1，熔鑄，將合金原材料熔合并澆鑄成鑄錠； 步驟2，切割與剝皮，將所述鑄錠切割成粗坯，并剝掉外層的氧化皮； 步驟3，熱加工，在加熱后保持一定的溫度情況下，對(duì)所述粗坯進(jìn)行塑性加工； 步驟4，清洗，將所述粗坯進(jìn)行清洗，去掉剩余的表層氧化皮；
步驟5，固溶處理，將所述粗坯加熱至高溫并恒溫保持，使過(guò)剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻；
步驟6，冷加工，將冷卻后的所述粗坯在常溫下進(jìn)行塑性加工； 步驟7，時(shí)效處理，對(duì)所述粗坯加熱并進(jìn)行時(shí)效處理； 步驟8，精加工，將所述粗坯加工為需要的尺寸。所述步驟1的熔鑄可以為真空熔鑄，在真空環(huán)境下進(jìn)行熔合和澆鑄成鑄錠。所述步驟1的熔鑄過(guò)程也可以具體化為以下步驟
步驟11 先將電解銅放入熔化爐內(nèi)，在大氣環(huán)境下以1200°c熔化，并加蓋覆蓋劑； 步驟12 繼續(xù)升溫到1300°C，將Cr碎成小于2mm的小塊，并用銅包覆起來(lái)投入所述熔化爐中；
步驟13 待Cr熔化后，再向所述熔化爐內(nèi)加入中間合金； 步驟14 將所述熔化爐的溫度降到1100°C，并加入Si ；
步驟15 待所述Si熔化后，將所述熔化爐的溫度升到1200°C _1300°C之間進(jìn)行澆鑄。加工環(huán)形精密銅件時(shí)，所述步驟3的熱加工為熱環(huán)軋，所述步驟6的冷加工為冷環(huán)軋或冷鍛。所述熱環(huán)軋的溫度為900士20°C ；
加工條形精密銅件時(shí)，所述步驟3的熱加工為熱擠壓，所述步驟6的冷加工為冷拉拔。 所述熱擠壓的溫度為880°C、50°C。所述熱擠壓可以采用水封擠壓工藝。所述步驟5的固溶處理的溫度為88(Tl000°C。所述步驟7的時(shí)效處理為在40(T500°C下時(shí)效處理3飛小時(shí)。實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例，具有如下有益效果
1、本發(fā)明制作的精密銅件通過(guò)形變強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化的共同作用，大大地提高了產(chǎn)品的高溫機(jī)械性能，同時(shí)也具有較低的體積電阻率，具有高導(dǎo)電率和良好的導(dǎo)熱性能， 能夠滿(mǎn)足牽引電機(jī)的需要。2、環(huán)形精密銅件采用環(huán)軋工藝代替離心鑄造和自由鍛造工藝，機(jī)械性能明顯提高，并在周向上各點(diǎn)性能更加均勻。3、本發(fā)明制作的精密銅件金相組織細(xì)小均勻，有效地避免電機(jī)轉(zhuǎn)子材料以及連接件在焊接過(guò)程出現(xiàn)材料晶粒變粗或偏析，引起機(jī)械強(qiáng)度下降和內(nèi)部缺陷，有利于提高銅合金的綜合性能。


圖1為本發(fā)明的制作工藝簡(jiǎn)化流程圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明的制作工藝可簡(jiǎn)述為圖1所示的流程圖。下面本發(fā)明將結(jié)合實(shí)施例來(lái)對(duì)所述工藝做進(jìn)一步的描述 實(shí)施例1 條形精密銅件的制作工藝
1.真空熔鑄。加入銅合金到真空熔化爐，在真空環(huán)境下進(jìn)行熔合和澆注。合金元素的燒損主要是氧化和揮發(fā)造成的。氧化燒損與生成的氧化膜的性質(zhì)有關(guān)。真空環(huán)境下，可以防止氧化和減少銅合金中氧的含量。2.切割與剝皮。將真空熔鑄形成的鑄錠去掉頭尾，切割成尺寸為所需要大小的粗坯，并剝掉外層的氧化皮；這一步驟是為了去掉多余的不能使用的部分，并且加工成所需坯料規(guī)格方便后續(xù)加工。3.熱擠壓。在為880°C、5(TC溫度下，通過(guò)擠壓機(jī)將所述粗坯擠壓成長(zhǎng)條狀。熱擠壓也是一個(gè)形變強(qiáng)化的過(guò)程。形變強(qiáng)化是同時(shí)利用塑性變形和熱處理進(jìn)行強(qiáng)化的工藝方法。形變強(qiáng)化過(guò)程中，銅合金既有機(jī)械力引起的組織結(jié)構(gòu)及形狀的變化，又有熱引起的組織變化，二者相互作用、相互影響。形變產(chǎn)生的大量錯(cuò)位在回復(fù)過(guò)程中形成穩(wěn)定的亞結(jié)構(gòu)，造成亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化，同時(shí)亞結(jié)構(gòu)會(huì)直接影響熱處理時(shí)固態(tài)形變的特征。大量沿位錯(cuò)析出的彌散質(zhì)點(diǎn)對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)具有強(qiáng)烈的釘扎作用，使位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)更加困難，從而提高材料的強(qiáng)度。所述的熱擠壓也可以是水封擠壓，在水封環(huán)境下進(jìn)行，擠制坯料出模孔后，直接進(jìn)入低溫的水中；由于坯料不經(jīng)過(guò)中轉(zhuǎn)，無(wú)熱量損失，達(dá)到開(kāi)坯、淬火兩道工序合二為一，降低能源消耗和金屬損耗，縮短工藝流程，提高生產(chǎn)效率，并可獲得組織均勻、固溶效果好的坯料。4.清洗。將所述粗坯進(jìn)行清洗，去掉剩余的表層氧化皮。可以采用低濃度硫酸溶液或者草酸進(jìn)行酸洗。5.固溶處理。將所述粗坯加熱至高溫并恒溫保持，使過(guò)剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻。溫度可設(shè)定在900-960°C。固溶強(qiáng)化是利用金屬材料內(nèi)部的點(diǎn)缺陷對(duì)金屬基體進(jìn)行強(qiáng)化。銅中加入合金元素形成間隙式或置換式固溶體時(shí)，溶質(zhì)原子會(huì)引起銅晶體發(fā)生點(diǎn)陣畸變，在溶質(zhì)原子周?chē)纬蓱?yīng)力場(chǎng)。該應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)周?chē)膹椥詰?yīng)力場(chǎng)交互作用，結(jié)果增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效果。固溶強(qiáng)化的根本原因在于溶質(zhì)原子與位錯(cuò)交互作用，這種交互作用是多方面的，溶質(zhì)原子對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的釘扎作用起到主要的強(qiáng)化作用。6.冷拉拔。常溫下通過(guò)拉拔機(jī)對(duì)長(zhǎng)條形粗坯進(jìn)行拉拔。冷拉拔一方面通過(guò)變形到達(dá)所需要的規(guī)格尺寸，使材料有較好的表面光潔度和尺寸精度；另一方面通過(guò)變形在金屬基體中產(chǎn)生大量位錯(cuò)，高密度的位錯(cuò)相互作用，使其強(qiáng)度和硬度大大提高。這個(gè)形變獲得的強(qiáng)度在隨后的回火過(guò)程中很快消失，因此與時(shí)效處理結(jié)合使用。7.時(shí)效處理，對(duì)所述粗坯加熱并在40(T500°C下時(shí)效處理4小時(shí)。這是通過(guò)大量的研究實(shí)驗(yàn)我們確定的最佳時(shí)效處理溫度和時(shí)間。時(shí)效處理可以在普通的電阻爐內(nèi)進(jìn)行， 根據(jù)批量大小選用不同功率和空間容量的電阻爐。時(shí)效處理的目的就是使銅合金產(chǎn)生析出強(qiáng)化，其原理是加入室溫下固溶度很低的合金元素，通過(guò)高溫固溶處理，析出過(guò)飽和固溶體，造成銅的晶格嚴(yán)重畸變，從而強(qiáng)度提高而導(dǎo)電性惡化，然后經(jīng)時(shí)效處理后，大部分合金元素從基體中析出，形成彌散分布的沉淀相，這些彌散的沉淀相能有效阻礙晶界和位錯(cuò)的移動(dòng)，從而提高銅材的強(qiáng)度；同時(shí)，由于固溶原子所引起的晶格畸變對(duì)電子的散射作用比第二相對(duì)電子的散射作用強(qiáng)得多，所以時(shí)效處理后，材料的導(dǎo)電性又恢復(fù)到較高的水平。從而可以達(dá)到提高產(chǎn)品的高溫機(jī)械性能，同時(shí)也具有較低的體積電阻率，獲得較高的導(dǎo)電率和良好的導(dǎo)熱性能。8.精加工，將前述步驟處理過(guò)的粗坯通過(guò)切割、車(chē)削、去毛刺等精加工成為需要的產(chǎn)品尺寸。最后經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格后成為產(chǎn)成品。
實(shí)施例2 環(huán)形精密銅件的制作工藝
1.熔鑄。將電解銅放入中頻感應(yīng)爐在1200°C下熔化，并加蓋覆蓋劑，然后升溫到 13000C，將Cr碎成2mm大小的小塊并用銅包起來(lái)投進(jìn)熔化爐中，等Cr熔化后，再加入Cu-Zr 中間合金，之后，將爐溫降到1100°C后再加Zn，熔化后，將爐溫升到1200-1300°C之間進(jìn)行澆注，通過(guò)半連續(xù)鑄造成鑄錠。合金元素的燒損主要是氧化和揮發(fā)造成的，所以需加蓋覆蓋劑，必要時(shí)向爐內(nèi)吹氬氣。2.切割與剝皮。將所述鑄錠去掉頭尾，切割成所需粗坯大小并剝掉外層的氧化皮；這一步驟去掉多余的不能使用的部分，并且加工成所需坯料規(guī)格方便后續(xù)加工。3.熱環(huán)軋。在加熱爐內(nèi)加熱至900士20°C，在環(huán)軋機(jī)上進(jìn)行環(huán)軋加工成圓環(huán)狀粗坯規(guī)格。形變強(qiáng)化是同時(shí)利用塑性變形和熱處理進(jìn)行強(qiáng)化的工藝方法。形變熱處理過(guò)程中， 合金既有機(jī)械力引起的組織結(jié)構(gòu)及形狀的變化，又有熱引起的組織變化，二者相互作用、相互影響。形變產(chǎn)生的大量錯(cuò)位在回復(fù)過(guò)程中形成穩(wěn)定的亞結(jié)構(gòu)，造成亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化，同時(shí)亞結(jié)構(gòu)會(huì)直接影響熱處理時(shí)固態(tài)形變的特征。大量沿位錯(cuò)析出的彌散質(zhì)點(diǎn)對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)具有強(qiáng)烈的釘扎作用，使位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)更加困難，從而提高材料的強(qiáng)度。4.清洗。將所述坯料進(jìn)行清洗，去掉剩余的表層氧化皮?？梢圆捎玫蜐舛攘蛩崛芤夯蛘卟菟徇M(jìn)行酸洗。5.固溶處理。將所述坯料加熱至高溫并恒溫保持，使過(guò)剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻。溫度可設(shè)定在在900-960°C。固溶強(qiáng)化是利用金屬材料內(nèi)部的點(diǎn)缺陷對(duì)金屬基體進(jìn)行強(qiáng)化。銅中加入合金元素形成間隙式或置換式固溶體時(shí)，溶質(zhì)原子會(huì)引起銅晶體發(fā)生點(diǎn)陣畸變，在溶質(zhì)原子周?chē)纬蓱?yīng)力場(chǎng)。該應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)周?chē)膹椥詰?yīng)力場(chǎng)交互作用， 結(jié)果增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效果。固溶強(qiáng)化的根本原因在于溶質(zhì)原子與位錯(cuò)交互作用，這種交互作用是多方面的，溶質(zhì)原子對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的釘扎作用起到主要的強(qiáng)化作用。6.冷鍛。常溫下通過(guò)鍛壓機(jī)對(duì)圓環(huán)狀坯料進(jìn)行鍛打。鍛打通過(guò)變形在金屬基體中產(chǎn)生大量位錯(cuò)，高密度的位錯(cuò)相互作用，使其強(qiáng)度和硬度大大提高。這個(gè)形變獲得的強(qiáng)度在隨后的回火過(guò)程中很快消失，因此與時(shí)效處理結(jié)合使用。7.時(shí)效處理。對(duì)坯料加熱并在40(T500°C下時(shí)效處理4小時(shí)。時(shí)效處理可以在普通的電阻爐內(nèi)進(jìn)行，根據(jù)批量大小選用不同功率和空間容量的電阻爐。時(shí)效處理的目的就是使銅合金產(chǎn)生析出強(qiáng)化，其原理是加入室溫下固溶度很低的合金元素，通過(guò)高溫固溶處理，析出過(guò)飽和固溶體，造成銅的晶格嚴(yán)重畸變，從而強(qiáng)度提高而導(dǎo)電性惡化，然后經(jīng)時(shí)效處理后，大部分合金元素從基體中析出，形成彌散分布的沉淀相，這些彌散的沉淀相能有效阻礙晶界和位錯(cuò)的移動(dòng)，從而提高銅的強(qiáng)度；同時(shí)，由于固溶原子所引起的晶格畸變對(duì)電子的散射作用比第二相對(duì)電子的散射作用強(qiáng)得多，所以時(shí)效處理后，材料的導(dǎo)電性又恢復(fù)到較高的水平。從而可以達(dá)到提高產(chǎn)品的高溫機(jī)械性能，同時(shí)也具有較低的體積電阻率，較高導(dǎo)電率和良好的導(dǎo)熱性能。8.精加工，將前面處理過(guò)的坯料通過(guò)機(jī)加工成為需要的產(chǎn)品尺寸。最后經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格后成為產(chǎn)成品。
通過(guò)本發(fā)明的制作工藝生產(chǎn)出來(lái)的精密銅件具有良好的機(jī)械性能和物理性能，能夠滿(mǎn)足牽引電機(jī)的需要。生產(chǎn)的銅合金產(chǎn)品性能參數(shù)可以達(dá)到
環(huán)形精密銅件的室溫抗拉強(qiáng)度Rm彡360Mpa,屈服強(qiáng)度Rpa2彡270MPa,斷后伸長(zhǎng)率 A彡15%，硬度彡110HB,電導(dǎo)率達(dá)78%以上，晶粒度<3(T50Mm，150°C時(shí)體積電阻率在2. 5 5 μ Ω ·αιι。。條形精密銅件的室溫抗拉強(qiáng)度Rm彡420Mpa,屈服強(qiáng)度Rpa2彡300MPa,斷后伸長(zhǎng)率A彡15%，硬度彡110HB，對(duì)于物理性能來(lái)說(shuō)，電導(dǎo)率達(dá)78% IACS以上，晶粒度<30_50Mm， 150°C時(shí)體積電阻率在2. 5 5μ Ω 'Cm0以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種精密銅件制作工藝，其特征在于所述制作工藝包括以下步驟 步驟1，熔鑄，將合金原材料熔合并澆鑄成鑄錠；步驟2，切割與剝皮，將所述鑄錠切割成粗坯，并剝掉外層的氧化皮； 步驟3，熱加工，在加熱后保持一定的溫度情況下，對(duì)所述粗坯進(jìn)行塑性加工； 步驟4，清洗，將所述粗坯進(jìn)行清洗，去掉剩余的表層氧化皮；步驟5，固溶處理，將所述粗坯加熱至高溫并恒溫保持，使過(guò)剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻；步驟6，冷加工，將冷卻后的所述粗坯在常溫下進(jìn)行塑性加工； 步驟7，時(shí)效處理，對(duì)所述粗坯加熱并進(jìn)行時(shí)效處理； 步驟8，精加工，將所述粗坯加工為需要的尺寸。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述步驟1的熔鑄為真空熔鑄，在真空環(huán)境下進(jìn)行熔合和澆鑄形成鑄錠。
3.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述熔鑄步驟為步驟11 先將電解銅放入熔化爐內(nèi)，在大氣環(huán)境下以1200°c熔化，并加蓋覆蓋劑； 步驟12 繼續(xù)升溫到1300°C，將Cr碎成小于2mm的小塊，并用銅包覆起來(lái)投入所述熔化爐中；步驟13 待Cr熔化后，再向所述熔化爐內(nèi)加入中間合金； 步驟14 將所述熔化爐的溫度降到1100°C，并加入Si ；步驟15 待所述Si熔化后，將所述熔化爐的溫度升到1200°C _1300°C之間進(jìn)行澆鑄。
4.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述步驟3的熱加工為熱環(huán)軋，所述步驟6 的冷加工為冷環(huán)軋或冷鍛。
5.如權(quán)利要求4所述的工藝，其特征在于所述熱環(huán)軋的溫度為900士20°C。
6.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述步驟3的熱加工為熱擠壓，所述步驟6 的冷加工為冷拉拔。
7.如權(quán)利要求6所述的工藝，其特征在于所述熱擠壓的溫度為880°C、50°C。
8.如權(quán)利要求7所述的工藝，其特征在于所述熱擠壓為水封擠壓工藝。
9.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述步驟5的固溶處理溫度為880-1000°C。
10.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述步驟7的時(shí)效處理為在40(T500°C下時(shí)效處理;Γ6小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種精密銅件制作工藝，所述制作工藝包括以下步驟步驟1，熔鑄，將合金原材料熔鑄成鑄錠；步驟2，切割與剝皮，將所述鑄錠切割成粗坯，并剝掉外層的氧化皮；步驟3，熱加工，在加熱后保持一定的溫度情況下，對(duì)所述粗坯進(jìn)行塑性加工；步驟4，清洗，將所述粗坯進(jìn)行清洗，去掉剩余的表層氧化皮；步驟5，固溶處理，將所述粗坯加熱至高溫并恒溫保持，使過(guò)剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻；步驟6，冷加工，將冷卻后的所述粗坯在常溫下進(jìn)行塑性加工；步驟7，時(shí)效處理，對(duì)所述粗坯加熱并進(jìn)行時(shí)效處理；步驟8，精加工，將所述粗坯加工為需要的尺寸。
文檔編號(hào)C22F1/08GK102392205SQ20111038063
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者佘京鵬, 李上吉, 李立鴻, 鐘敏, 陳鋼 申請(qǐng)人:汕頭華興冶金設(shè)備股份有限公司