一種大功率發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔用合金及其生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種大功率發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔用合金及其生產(chǎn)工藝，所述合金的成分及其含量（Wt%）包括：Ni2.2～2.6、Cr0.32～0.40、Si0.55～0.65、P0.02～0.03、Cu余量；所述工藝包括熔煉、澆鑄、固溶處理、時(shí)效強(qiáng)化；本工藝通過(guò)控制成分配比、工藝優(yōu)化和進(jìn)行多相強(qiáng)化，所得合金材料，導(dǎo)電率62～65%IACS；500℃下，抗拉強(qiáng)度689～692MPa，屈服強(qiáng)度644～647MPa，導(dǎo)電率高，耐高溫性能好，壽命長(zhǎng)，能滿足大功率發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔用合金的使用要求，同時(shí)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，對(duì)環(huán)境污染小，具有較好的市場(chǎng)前景和經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說(shuō)明】一種大功率發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔用合金及其生產(chǎn)工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔材料生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種大功率發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔用合金及其生產(chǎn)工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔要承受轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)槽內(nèi)銅線、絕緣件及自身巨大的離心力，電流流經(jīng)槽楔會(huì)產(chǎn)生較高的溫升，生產(chǎn)轉(zhuǎn)子槽楔時(shí)需要使用導(dǎo)電率高、耐高溫性能優(yōu)良的合金材料。
[0003]申請(qǐng)?zhí)枮?00510123011的專利《大容量汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子銅合金槽楔及其制備方法》中，合金成分為:N1: 1.35 ~2.05%，S1:0.40 ~0.80%，Cr:0.05 ~0.25% ,Be: 0.15 —
0.40% ,Cu:余量；生產(chǎn)工藝主要采用920~980°C固溶處理，35~50%冷變形，450~500°C保溫4~5h時(shí)效處理，空冷。該技術(shù)方案中，Be價(jià)格高，且影響合金的高溫穩(wěn)定性，使合金不宜長(zhǎng)時(shí)間承受高溫工作，同時(shí)添加Be的合金產(chǎn)生的粉塵會(huì)有毒；合金中N1、Si的質(zhì)量配比在2.5~3.5左右，Si含量相對(duì)偏高，只有一部分Si形成Ni2Si析出相，剩余的Si以固溶態(tài)存在，嚴(yán)重影響合金的導(dǎo)電率；所得合金導(dǎo)電率僅為49%IACS，壽命短，且耐高溫性能未知。申請(qǐng)?zhí)枮?00510038051.4的專利《汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔用鈦青銅及其加工工藝》中，鈦青銅采用無(wú)鈷無(wú)鋯設(shè)計(jì)，其成分為:Be:0.1~0.3%, N1:1.5~2.5%、T1:0.4~0.6%、Cu:余量，所得合金導(dǎo)電率僅為47%IACS，高溫(427°C)屈服強(qiáng)度480~550MPa，抗拉強(qiáng)度540~630MPa，工作壽命短，無(wú)法滿足大功率發(fā)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為了彌補(bǔ)上述不足，并對(duì)成分配比和生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，提供一種大功率發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔用合金及其生產(chǎn)工藝，該合金導(dǎo)電率高，耐高溫性能好，壽命長(zhǎng)，能滿足大功率發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔用合金的使用要求，同時(shí)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，對(duì)環(huán)境污染小，具有較好的市場(chǎng)前景和經(jīng)濟(jì)效益。
[0005]一種大功率發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔用合金，所述合金的成分及其含量(Wt%)包括:Ni
2.2 ~2.6、Cr 0.32 ~0.40、Si 0.55 ~0.65、P 0.02 ~0.03、Cu:余量；
所述大功率發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔用合金的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟:
①熔煉:先將電解銅預(yù)熱至250~280°C，再裝入低頻感應(yīng)爐中，開(kāi)始熔化時(shí)加入覆蓋劑，使覆蓋厚度達(dá)1.2~1.4mm，全部熔化后加入占銅質(zhì)量0.5~0.7%的磷銅作為脫氧劑，進(jìn)行扒渣，補(bǔ)充覆蓋劑后，綜合考慮各元素的理化性質(zhì)，將S1、P、N1、Cr按常規(guī)工藝依此加入銅熔體中，保溫15min出爐；
②澆鑄:采用常規(guī)連續(xù)鑄造工藝，水壓機(jī)上鍛壓成坯；
③固溶處理:在940~960°C下熱處理1.5h再進(jìn)行水淬處理，冷軋使合金產(chǎn)生60%冷變形；
④時(shí)效強(qiáng)化:再將鑄坯加熱至460~480°C保溫2.5h后，機(jī)械加工成所需形狀；所述覆蓋劑的成分及其含量(wt%)為:50%木炭、30%碎玻璃、10% NaCl,10% CaF2。
[0006]本技術(shù)方案中，在成分配比方面，Cr可以提高合金的電導(dǎo)性，形成Cr3Si相影響合金的高溫穩(wěn)定性，并能一定程度上抑制固溶處理期間合金的晶粒長(zhǎng)大；因?yàn)殂~基中Be與Ni2Si具有類似的機(jī)械性能，因此，可適當(dāng)提高Ni2Si的含量，獲得更好的熱穩(wěn)定性和高溫強(qiáng)度，配比Ni和Si的質(zhì)量百分含量分別在2.2~2.6%、0.55~0.65%，避免合金中含有固溶態(tài)Si，從而提高了合金的強(qiáng)度和導(dǎo)電率，既確保合金的性能，降低了生產(chǎn)成本，又減少了污染；而加入Cr后，Cr將比N1、Si先溶于Cu中，使基體處于飽和狀態(tài)，在一定程度上提高了Ni2Si相的析出量，基體中N1、Si含量減少，減少了基體中晶格畸變的程度，提高了合金的導(dǎo)電率；使合金含有質(zhì)量百分含量為0.02~0.03%的P，是為了在不會(huì)使合金產(chǎn)生明顯晶格畸變的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生Ni3P沉淀強(qiáng)化相，進(jìn)一步提高合金的顯微硬度和抗拉強(qiáng)度，并一定程度上抑制析出相的長(zhǎng)大，使合金基體得到純化，導(dǎo)電率提高。
[0007]合金熔煉時(shí)，選用低頻感應(yīng)爐降低銅合金的熔煉消耗，電解銅加入爐中前先預(yù)熱，將S1、P、N1、Cr按順序熔化，合理的裝爐和熔化順序有效地縮短熔化時(shí)間，覆蓋劑質(zhì)量配比選用50%木炭、30%碎玻璃、10% NaCl,10% CaF2，該覆蓋劑鋪展性好，合金熔煉時(shí)能全面覆蓋液態(tài)金屬液面，與熔渣的親和力強(qiáng)，具有極好的凈化液態(tài)金屬、細(xì)化合金的能力，使熔體得到適當(dāng)保護(hù)并獲得較佳的熔煉氣氛；加入0.5~0.7%的磷銅作為脫氧劑，能夠有效去除熔體里的氧粒子，有效提高合金的質(zhì)量和成品率。
[0008]對(duì)鑄坯采用高溫固熔淬火處理、中溫時(shí)效處理析出沉淀硬化合金的方法，該方法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，便于合金便于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。固溶處理時(shí)的處理溫度以合金不產(chǎn)生晶粒粗大為前提，盡量提高溫度，保溫一定時(shí)間后快冷，保證析出相的溶質(zhì)元素在基體中達(dá)到最大的固溶度。當(dāng)在940~960°C下熱處理1.5h再進(jìn)行水淬處理，大量過(guò)剩相溶解，得到過(guò)飽和固溶體,冷軋使合金產(chǎn)生較大的冷變形,合金基體發(fā)生再結(jié)晶，使基體內(nèi)部產(chǎn)生大量位錯(cuò)，合金的亞結(jié)構(gòu)得到細(xì)化，但這種形變強(qiáng)化對(duì)銅合金的強(qiáng)度貢獻(xiàn)有限，需要時(shí)效處理進(jìn)一步強(qiáng)化，經(jīng)460~480°C保溫2.5h的時(shí)效處理，合金元素呈彌散分布的沉淀相相，且沉淀得到硬化，使合金取得最佳的性`能。
[0009]本技術(shù)方案是在常規(guī)工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化多元合金組成、添加微量元素、控制成分配比以提高合金的強(qiáng)度，并且盡可能地避免或減少對(duì)合金導(dǎo)電率的不良影響，進(jìn)行多相強(qiáng)化，所得合金材料，室溫下，抗拉強(qiáng)度796~798MPa，屈服強(qiáng)度734~737MPa，延展率17.9~18.2%,導(dǎo)電率62~65%IACS ;500°C下，抗拉強(qiáng)度689~692MPa，屈服強(qiáng)度644~647MPa，導(dǎo)電率高，耐高溫性能好，壽命長(zhǎng)，確保了大功率發(fā)電機(jī)的安全可靠性。能滿足大功率發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔用合金的使用要求，顯著提高了大功率發(fā)電機(jī)的安全可靠性，同時(shí)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，對(duì)環(huán)境污染小，具有較好的市場(chǎng)前景和經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施例
[0010]實(shí)施例一
制備一種大功率發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔用合金，各組合金的成分及其含量(Wt%)包括:
2.2%N1、0.32%Cr、0.55%S1、0.02%P、Cu:余量；
所述大功率發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔用合金的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟:
①熔煉:先將電解銅預(yù)熱至250°C，再裝入低頻感應(yīng)爐中，開(kāi)始熔化時(shí)加入覆蓋劑，覆蓋劑質(zhì)量成分包括50%木炭、30%碎玻璃、10% NaCl ,10% CaF2，使覆蓋厚度達(dá)1.2mm，全部熔化后加入占銅質(zhì)量0.5%的磷銅作為脫氧劑，進(jìn)行扒渣，補(bǔ)充覆蓋劑后，綜合考慮各元素的理化性質(zhì)，將S1、P、N1、Be、Cr按常規(guī)工藝依此加入銅熔體中，保溫15min出爐；
②澆鑄:采用常規(guī)連續(xù)鑄造工藝，水壓機(jī)上鍛壓成坯；
③固溶處理:在940°C下熱處理1.5h再進(jìn)行水淬處理，冷軋使合金產(chǎn)生60%冷變形；
④時(shí)效強(qiáng)化:再將鑄坯加熱至460°C保溫2.5h后，機(jī)械加工成所需形狀。
[0011]經(jīng)檢測(cè)，合金性能如下表所示:
【權(quán)利要求】
1.一種大功率發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔用合金，其特征在于，所述合金的成分及其含量(Wt%)包括:Ni 2.2 ~2.6、Cr 0.32 ~0.40、Si 0.55 ~0.65、P 0.02 ~0.03、Cu:余量。
2.—種生產(chǎn)如權(quán)利要求1所述的大功率發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔用合金的生產(chǎn)工藝，其特征在于，包括以下步驟: ①熔煉:先將電解銅預(yù)熱至250~280°C，再裝入低頻感應(yīng)爐中，開(kāi)始熔化時(shí)加入覆蓋劑，使覆蓋厚度達(dá)1.2~1.4mm，全部熔化后加入占銅質(zhì)量0.5~0.7%的磷銅作為脫氧劑，進(jìn)行扒渣，補(bǔ)充覆蓋劑后，綜合考慮各元素的理化性質(zhì)，將S1、P、N1、Cr按常規(guī)工藝依此加入銅熔體中，保溫15min出爐； ②澆鑄:采用常規(guī)連續(xù)鑄造工藝，水壓機(jī)上鍛壓成坯； ③固溶處理:在940~960°C下熱處理1.5h再進(jìn)行水淬處理，冷軋使合金產(chǎn)生60%冷變形； ④時(shí)效強(qiáng)化:再將鑄坯加熱至460~480°C保溫2.5h后，機(jī)械加工成所需形狀。
3.如權(quán)利要求2所述的一種大功率發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔用合金的生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述覆蓋劑的成分及其含量 (Wt%)為:50%木炭、30%碎玻璃、10% NaCl,10% CaF2。
【文檔編號(hào)】C22F1/08GK103643079SQ201310619578
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】李國(guó)升 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)河南省電力公司平頂山供電公司