本發(fā)明涉及電機轉(zhuǎn)子材料制造技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種異步牽引電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著軌道交通和高鐵的發(fā)展，對其牽引動力—異步牽引電動機的要求越來越高，電機轉(zhuǎn)子是異步牽引電機的核心部件，通過電磁作用將電能轉(zhuǎn)化為動能，為整個機車(高鐵、地鐵)提供動力。一般高速異步牽引電機轉(zhuǎn)子采用導(dǎo)條嵌在鐵芯上，并與端環(huán)焊接在一起。因此，導(dǎo)條的性能和質(zhì)量直接關(guān)系到異步牽引電機的性能。
電機轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)過程中，由于作用在轉(zhuǎn)子上的電磁應(yīng)力、機械應(yīng)力、殘余應(yīng)力、動態(tài)應(yīng)力等各種應(yīng)力綜合作用，以及運行時電機的溫升情況，會造成轉(zhuǎn)子導(dǎo)條由于溫升而造成的軟化現(xiàn)象，并影響整個電機的服役能力，這種情況對于經(jīng)常服役在較高溫度下的具有中等導(dǎo)電性要求的黃銅導(dǎo)條影響更為明顯。因此要求黃銅導(dǎo)條具備比較高室溫強度和中等導(dǎo)電性時，同時需要具備較高的高溫強度。而目前這種Cu-Zn合金雖然具備比較高的室溫強度和中等的電導(dǎo)率，但當(dāng)溫度升高至200℃以上持續(xù)使用時強度會明顯降低。針對目前使用的Cu-Zn合金存在的缺點，開發(fā)Cu-Zn-Zr新型合金。
Cu-Zn合金為典型的固溶強化合金，Zn能大量固溶于Cu中，形成α固溶體，450℃時溶解度可達39％。實驗合金中Zn含量約為10％左右，因此Zn在合金中的存在形式完全為α固溶體，整個加工、熱處理過程對其幾乎沒有影響。Zn的固溶體在本文中的強化作用并不明顯，添加Zn主要是用于調(diào)控合金電導(dǎo)率。CuZn10合金為單相固溶體合金，且電阻可調(diào)，不足之處就是高溫強度較差。但Cu-Zn合金具有與Cu相同的面心立方晶格，預(yù)計在Cu-Zn合金中加Zr能夠細化晶粒，提高合金的抗拉強度和軟化溫度，同時不改變合金的電導(dǎo)率，改善和提高合金的綜合性能。本發(fā)明設(shè)計Cu-Zn-Zr合金的思路就是基于這樣的原理，以達到細小晶粒、高溫強度高和電阻率適宜的目的。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是，現(xiàn)有的異步牽引電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條材料使用的Cu-Zn合金不具備足夠的高溫強度，影響了異步牽引電機的性能。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
一種異步牽引電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅材料，其化學(xué)組成及其重量百分比為：
Zr:0.03％-0.15％；
Cu:89％-91％；
Fe≤0.08％；
Pb≤0.03％；
Ni≤0.2％；
Zn：余量。
一種異步牽引電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅的材料，其制備方法為：
1)配料：按照所述材料化學(xué)組成及其重量百分比對各合金元素配比，選擇并稱取相應(yīng)的原料，Cu采用電解銅板方式加入，Zn采用鋅錠方式加入，Zr采用海綿鋯顆粒方式加入；所述的銅板為電解銅板，純度大于99％；所述的鋅錠為市售二號鋅，純度大于99.95％。
2)熔煉：采用非真空中頻感應(yīng)電爐熔煉，待電解銅板熔化完后，加入Zn錠，Zn錠熔化完后，最后加入海綿Zr；
3)澆注：澆注獲得需要的鑄錠規(guī)格。
一種利用上述異步牽引電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅材料制備導(dǎo)條的方法為：
1)配料：按照所述材料化學(xué)組成及其重量百分比對各合金元素配比，選擇并稱取相應(yīng)的原料，Cu采用電解銅板方式加入，Zn采用鋅錠方式加入，Zr采用海綿鋯顆粒方式加入；
2)熔煉：采用非真空中頻感應(yīng)電爐熔煉，待電解銅板熔化完后，加入Zn錠，Zn錠熔化完后，最后加入海綿Zr；
3)澆注：澆注獲得需要的鑄錠規(guī)格；
4)將所述鑄錠進行熱擠壓、冷拉拔和去應(yīng)力退火處理，得到所述導(dǎo)條。
進一步地，在上述方案中，所述熱擠壓工藝參數(shù)為：鑄錠預(yù)加熱至780℃-850℃，開始擠壓溫度不低于780℃，擠壓工裝及模具預(yù)熱溫度380℃-400℃，擠壓比控制在30-45，擠壓速度控制在14-18mm/s，冷卻方式采用水冷。
進一步地，在上述方案中，所述冷拉拔的冷變形量25％-30％，獲得導(dǎo)條所需的拉拔型材。
進一步地，在上述方案中，所述去應(yīng)力退火處理的處理溫度控制在400℃-450℃，處理時間控制在1-3h之間，去應(yīng)力退火處理可以消除應(yīng)力腐蝕開裂。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
1、本發(fā)明獲得的導(dǎo)條型材晶粒細小均勻，同時保持了Cu-Zn黃銅電性能穩(wěn)定的特點。與現(xiàn)有Cu-Zn黃銅導(dǎo)條相比晶粒減小20μm左右，并與Cu-Zn黃銅電性能一致，室溫下Rm≥400MPa，A≥18％；電導(dǎo)率可根據(jù)不同的Zn含量進行調(diào)節(jié)，并且較穩(wěn)定。
2、本發(fā)明獲得的Cu-Zn-Zr合金導(dǎo)條型材，具有良好的室溫力學(xué)性能和抗高溫軟化性能。與現(xiàn)有的黃銅合金材料Cu-Zn相比較，本含鋯黃銅合金材料抗拉強度較Cu-Zn合金提高7％左右，350℃高溫抗拉強度較Cu-Zn合金提高13％左右。
3、本發(fā)明銅合金導(dǎo)條可以滿足異步牽引電動機轉(zhuǎn)速高、工作溫度高、穩(wěn)定性好的要求，特別是能夠滿足350℃下抗軟化性能好的要求。同時，本發(fā)明制備工藝簡單，節(jié)能降耗，降低制造成本。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例1
一種異步牽引電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅材料，其化學(xué)組成及其重量百分比為：Zr:0.03％,Cu:89％，Zn：余量。
利用上述異步牽引電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅材料制備導(dǎo)條：
配料：按照所述材料化學(xué)組成及其重量百分比對各合金元素配比，選擇并稱取相應(yīng)的原料，Cu采用電解銅板方式加入，Zn采用鋅錠方式加入，Zr采用海綿鋯顆粒方式加入；
熔煉：采用非真空中頻感應(yīng)電爐熔煉，待電解銅板熔化完后，加入Zn錠，Zn錠熔化完后，最后加入海綿Zr；
澆注：澆注獲得需要的鑄錠規(guī)格；
熱擠壓：鑄錠預(yù)加熱至780℃，開始擠壓溫度不低于780℃，擠壓工裝及模具預(yù)熱溫度380℃，擠壓比控制在30，擠壓速度控制在14mm/s，冷卻方式采用水冷；
冷拉拔：冷拉拔的冷變形量25％，獲得導(dǎo)條所需的拉拔型材；
去應(yīng)力退火處理：處理溫度控制在400℃，處理時間控制在1h，去應(yīng)力退火處理可以消除應(yīng)力腐蝕開裂。
性能測試：退火后得到的型材加工成測試試樣后，進行室溫機械性能(包括抗拉強度、屈服強度、延伸率)測試、350℃高溫機械性能測試、晶粒度測試和電性能測試。測試結(jié)果如表1所示。
實施例2
一種異步牽引電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅材料，其化學(xué)組成及其重量百分比為：Zr:0.010％,Cu:90％，Zn：余量。
利用上述異步牽引電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅材料制備導(dǎo)條：
配料：按照所述材料化學(xué)組成及其重量百分比對各合金元素配比，選擇并稱取相應(yīng)的原料，Cu采用電解銅板方式加入，Zn采用鋅錠方式加入，Zr采用海綿鋯顆粒方式加入；
熔煉：采用非真空中頻感應(yīng)電爐熔煉，待電解銅板熔化完后，加入Zn錠，Zn錠熔化完后，最后加入海綿Zr；
澆注：澆注獲得需要的鑄錠規(guī)格；
熱擠壓：鑄錠預(yù)加熱至820℃，開始擠壓溫度不低于780℃，擠壓工裝及模具預(yù)熱溫度390℃，擠壓比控制在37，擠壓速度控制在16mm/s，冷卻方式采用水冷；
冷拉拔：冷拉拔的冷變形量27％，獲得導(dǎo)條所需的拉拔型材；
去應(yīng)力退火處理：處理溫度控制在425℃，處理時間控制在2h，去應(yīng)力退火處理可以消除應(yīng)力腐蝕開裂。
性能測試：退火后得到的型材加工成測試試樣后，進行室溫機械性能(包括抗拉強度、屈服強度、延伸率)測試、350℃高溫機械性能測試、晶粒度測試和電性能測試。測試結(jié)果如表1所示。
實施例3
一種異步牽引電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅材料，其化學(xué)組成及其重量百分比為：Zr:0.15％,Cu:91％，Zn：余量。
利用上述異步牽引電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅材料制備導(dǎo)條：
配料：按照所述材料化學(xué)組成及其重量百分比對各合金元素配比，選擇并稱取相應(yīng)的原料，Cu采用電解銅板方式加入，Zn采用鋅錠方式加入，Zr采用海綿鋯顆粒方式加入；
熔煉：采用非真空中頻感應(yīng)電爐熔煉，待電解銅板熔化完后，加入Zn錠，Zn錠熔化完后，最后加入海綿Zr；
澆注：澆注獲得需要的鑄錠規(guī)格；
熱擠壓：鑄錠預(yù)加熱至850℃，開始擠壓溫度不低于780℃，擠壓工裝及模具預(yù)熱溫度400℃，擠壓比控制在45，擠壓速度控制在18mm/s，冷卻方式采用水冷；
冷拉拔：冷拉拔的冷變形量30％，獲得導(dǎo)條所需的拉拔型材；
去應(yīng)力退火處理：處理溫度控制在450℃，處理時間控制在3h，去應(yīng)力退火處理可以消除應(yīng)力腐蝕開裂。
性能測試：退火后得到的型材加工成測試試樣后，進行室溫機械性能(包括抗拉強度、屈服強度、延伸率)測試、350℃高溫機械性能測試、晶粒度測試和電性能測試。測試結(jié)果如表1所示。
對比例
本對比例中，采用與實施例2相同的制備方法制備現(xiàn)有的Cu-Zn合金，并對Cu-Zn合金進行機械性能、晶粒度和電性能測試。測試結(jié)果如表1所示。
表1
如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明，但上述實例僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡以本發(fā)明內(nèi)容所作的變化與修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要求保護的范圍所涵蓋。