本實(shí)用新型涉及一種在線連續(xù)固溶強(qiáng)化裝置，主要用于大長度高強(qiáng)高導(dǎo)銅鉻鋯合金接觸線的連續(xù)性生產(chǎn)。

背景技術(shù)：

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，對銅合金導(dǎo)電材料的綜合使用性能要求越來越高，要求其在保持高強(qiáng)度（硬度）、韌性、耐磨性的同時，仍保持較高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐寒性、無鐵磁性等特性。這些優(yōu)良的特性，使銅合金逐漸成為電力、信息、交通、能源、輕工及航天航空等高科技領(lǐng)域中使用的重要金屬材料。很多場合很少以純銅的形式應(yīng)用，這是因?yàn)榧冦~的強(qiáng)度較低（230～300 MPa），冷加工后雖然可以達(dá)到400 MPa以上，但伸長率僅為2%，在加熱或一定溫度下使用時，其強(qiáng)化效果很容易消失。所以，純銅僅能應(yīng)用于受力不大的電力、電器、電子的導(dǎo)電體、散熱體、裝飾件等。在保持純銅的一些優(yōu)良性能的前提下，盡可能提高銅的強(qiáng)度（硬度）和耐磨性，隨即高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金逐漸被研發(fā)出來。

目前高速電氣化鐵路采用Cu-Mg、Cu-Sn合金接觸線，該類線材均是以喪失導(dǎo)電率為前提的，而時效強(qiáng)化型銅合金如Cu-Cr-Zr等，是利用時效強(qiáng)化析出納米級粒子來提高材料強(qiáng)度，并且保證了材料的強(qiáng)度，此類材料有突出的強(qiáng)度和導(dǎo)電率的匹配關(guān)系，但是此類合金存在生產(chǎn)控制困難、成本高、大批量生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定等難點(diǎn)。

銅鉻鋯合金作為一種高強(qiáng)度、高導(dǎo)電、高軟化溫度的合金材料，其優(yōu)異的性能已被廣泛地應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)的許多重要領(lǐng)域。這種材料以銅為基，添加金屬鉻和金屬鋯，由于鉻和鋯在高溫熔煉鑄造條件下與氧的親和力極強(qiáng)，在熔煉和鑄造過程中極易氧化揮發(fā)，因而，生產(chǎn)難度較大。一般情況下需要采用真空熔煉和鑄造的方法，以減少氧化和揮發(fā)，保證產(chǎn)品最終具有符合要求的化學(xué)成分。然而，此種方式生產(chǎn)周期長，由于是一爐一鑄，長度重量和形狀都受到限制，且真空生產(chǎn)成本高、產(chǎn)量小，很難建立連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種在線連續(xù)固溶強(qiáng)化裝置，它實(shí)現(xiàn)了銅鉻鋯合金接觸線的連續(xù)性生產(chǎn)，而不受爐體容量大小的影響，可生產(chǎn)任意長度、符合成分要求的銅鉻鋯合金接觸線，能夠滿足未來高速鐵路發(fā)展的需求。

本實(shí)用新型解決上述問題所采用的技術(shù)方案為：一種在線連續(xù)固溶強(qiáng)化裝置，它包括第一外筒體，所述第一外筒體內(nèi)壁上設(shè)置有罩式電磁加熱裝置，所述第一外筒體中心設(shè)置有第一旋轉(zhuǎn)鋼筒，所述第一外筒體的上部和下部分別設(shè)置有第一進(jìn)料口和第一出料口。

所述第一外筒體上部還設(shè)置有氬氣進(jìn)口和調(diào)壓器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了銅鉻鋯合金接觸線的連續(xù)性生產(chǎn)，而不受爐體容量大小的影響，可生產(chǎn)任意長度、符合成分要求的銅鉻鋯合金接觸線，能夠滿足未來高速鐵路發(fā)展的需求；

2、本實(shí)用新型采用在線連續(xù)固溶強(qiáng)化，可使得銅鉻鋯桿坯固溶強(qiáng)化可以不間斷的連續(xù)處理，并使固溶強(qiáng)化的條件均勻一致，也使得桿坯固溶強(qiáng)化的效果一致。

附圖說明

圖1為應(yīng)用本實(shí)用新型的一種大長度高強(qiáng)高導(dǎo)銅鉻鋯合金接觸線的生產(chǎn)工藝中非真空熔煉裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為傳統(tǒng)三體爐合金成份分布不均勻的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型一種在線連續(xù)固溶強(qiáng)化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為應(yīng)用本實(shí)用新型的一種大長度高強(qiáng)高導(dǎo)銅鉻鋯合金接觸線的生產(chǎn)工藝中在線連續(xù)水淬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為應(yīng)用本實(shí)用新型的一種大長度高強(qiáng)高導(dǎo)銅鉻鋯合金接觸線的生產(chǎn)工藝中直角通道連續(xù)擠壓裝置實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為應(yīng)用本實(shí)用新型的一種大長度高強(qiáng)高導(dǎo)銅鉻鋯合金接觸線的生產(chǎn)工藝中直角通道連續(xù)擠壓裝置實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7 為圖6的A-A剖視圖。

圖8為圖6的B-B剖視圖。

圖9為圖6的C-C剖視圖。

其中：

第一體爐1

第二體爐2

第三體爐3

連接通道4

石墨狼牙棒自勻器5

通電線圈6

投料通道7

加料裝置8

蓋板9

氬氣進(jìn)口10

調(diào)壓器11

加磷碳口12

結(jié)晶器13

第一外筒體14

罩式電磁加熱裝置15

第一旋轉(zhuǎn)鋼筒16

第一進(jìn)料口17

第一出料口18

第二外筒體19

進(jìn)水口20

出水口21

水冷卻循環(huán)系統(tǒng)22

第二進(jìn)料口23

第二出料口24

網(wǎng)孔板25

第二旋轉(zhuǎn)鋼筒26

第一擠壓模具27

第一進(jìn)料通道28

直角出料通道29

第一擠壓腔體30

第一沖道31

第二沖道32

第三沖道33

水冷系統(tǒng)34

第二擠壓模具35

第二擠壓空腔36

第二進(jìn)料通道37

中心出料通道38

第一直角通道39

第一豎直通道39.1

第一水平通道39.2

第二直角通道40

第二豎直通道40.1

第二水平通道40.2

逆向循環(huán)冷卻系統(tǒng)41

進(jìn)料加壓通道42。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本實(shí)施例中的一種大長度高強(qiáng)高導(dǎo)銅鉻鋯合金接觸線的生產(chǎn)工藝，它包括以下工藝步驟：

步驟一、非真空熔煉

向非真空熔煉裝置內(nèi)按比例投放標(biāo)準(zhǔn)陰極銅、銅鉻中間合金和銅鋯中間合金進(jìn)行銅鉻鋯合金的熔煉；

所述非真空熔煉裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它包括第一體爐1、第二體爐2和第三體爐3，所述第二體爐2和第三體爐3之間設(shè)置有連接通道4，所述連接通道4中部設(shè)置有石墨狼牙棒自勻器5，所述石墨狼牙棒自勻器5兩側(cè)的連接通道4外側(cè)均繞置有通電線圈6；

所述第一體爐1頂部設(shè)置有加料通道7，所述加料通道7內(nèi)設(shè)置有加料裝置8，所述第一體爐1前端設(shè)置有蓋板9；

所述第一體爐1、第二體爐2和第三體爐3頂部均設(shè)置有氬氣進(jìn)口10和調(diào)壓器11；

所述第二體爐2和第三體爐3頂部均設(shè)置有加磷碳口12；

所述第三體爐3上方設(shè)置有上引連鑄機(jī)，所述上引連鑄機(jī)的結(jié)晶器13伸入第三體爐3內(nèi)；

第一體爐中，加料裝置加完料后，爐液上方的空間（氬氣室）內(nèi)充滿氬氣，保持氣壓在1.02個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的微正壓，如果超過1.02個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，調(diào)壓器自動釋放氣體自動調(diào)節(jié)，若氣壓不足1.02個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的微正壓，自動補(bǔ)氣充氬氣，通過該技術(shù)，可以使?fàn)t水與空氣隔絕，而鋯與惰性氣體氬氣不發(fā)生反應(yīng)，從而保證鉻與鋯不與外界的氣體發(fā)生反應(yīng)。同時也可以將附著在銅板上的水氣和其他氣體吹出氬氣室。等到銅板完全加入第一體爐中時，關(guān)閉蓋板。

第三體爐中，加磷碳口可以在加好磷片和木碳后關(guān)閉，加磷碳的目的使?fàn)t氣中的雜質(zhì)氣體可以充分反應(yīng)，達(dá)到除氧，除氫的目的。第二體爐中，類似。調(diào)壓器的功能相同。

此步驟是在現(xiàn)有三體爐的基礎(chǔ)進(jìn)一步創(chuàng)新和改良，由于第一體爐和第二體爐經(jīng)過電磁攪拌后，內(nèi)部的合金成份分布依然不均勻，呈現(xiàn)出既分散又積聚的特點(diǎn)，一部分的合金成份的濃度高，呈棗核狀多處分布，一部份合金成分的濃度低，如圖2所示；造成這種棗核式分布的原因是由于合金爐液溶劑的粘度大，即爐液中溶劑的金屬陽離子之間的金屬鍵能高，加入的合金元素擴(kuò)散的阻力大，合金元素不容易均勻擴(kuò)散，就像油中加入芝麻一樣，雖然經(jīng)過攪拌，但仍不能均勻擴(kuò)散，它不同于氯化鈉溶于水中那樣均勻擴(kuò)散而形成穩(wěn)定的溶液。為解決合金元素均勻擴(kuò)散的問題，采用爐水經(jīng)過第二體爐與第三體爐的連接通道時，增加通電線圈產(chǎn)生的渦流進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，并?jīng)過石墨狼牙棒自勻器時，由于石墨狼牙棒自勻器上的多個尖刺作用下，棗核式的合金元素爐水會被破碎并重新分布，使加入合金元素均勻化。

步驟二、上引連鑄

采用上引連續(xù)鑄造方式制備銅鉻鋯合金連續(xù)鑄桿；

步驟三、在線連續(xù)固溶強(qiáng)化

采用在線連續(xù)固溶強(qiáng)化裝置在960~1000℃之間在線連續(xù)固溶強(qiáng)化0.5~2小時，然后采用在線連續(xù)水淬裝置冷卻至室溫；

如圖3所示，所述在線連續(xù)固溶強(qiáng)化裝置包括第一外筒體14，所述第一外筒體14內(nèi)壁上設(shè)置有罩式電磁加熱裝置15，所述第一外筒體14中心設(shè)置有第一旋轉(zhuǎn)鋼筒16，所述第一外筒體14的上部和下部分別設(shè)置有第一進(jìn)料口17和第一出料口18；

所述第一外筒體14上部還設(shè)置有氬氣進(jìn)口10和調(diào)壓器11；

銅鉻鋯合金連續(xù)鑄桿從第一進(jìn)料口進(jìn)入后繞置于第一旋轉(zhuǎn)鋼筒上，固溶強(qiáng)化后再從第一出料口出來；

本申請采用罩式電磁加熱裝置，而不宜用電阻加熱法，因?yàn)殡娮杞z不能接觸銅桿，與旋轉(zhuǎn)的鋼筒上的銅合金桿發(fā)生摩擦，會損壞電阻絲，只能通過氣體進(jìn)行熱傳導(dǎo)，而作為保護(hù)氣的氬氣熱傳性極低，從而使加熱效果極差；

罩式電磁加熱裝置的另一個優(yōu)點(diǎn)是熱處理過程中，溫度可以控制在一定范圍里，但由于空氣的導(dǎo)熱較強(qiáng)，會形成空氣對流，從而導(dǎo)致熱量分布不均勻，從而導(dǎo)致被加熱元件加熱不均勻，從而使被加熱元件溫度不均勻（雖然銅合金是熱的良導(dǎo)體，但這種溫度不均勻的現(xiàn)象仍然突出），而利用該裝置加熱可以呈加熱元件的四周，再加上鋼筒上的銅合金鑄桿在不停旋轉(zhuǎn)，可以使銅合金桿均勻加熱；

另外由于使用氬氣作保護(hù)氣，由于氬氣的導(dǎo)熱性低，可以極大的降低由于氣體的對流產(chǎn)生的熱量分布不均衡現(xiàn)象，從而提高元件加熱的均勻性；

此裝置對比傳統(tǒng)將整盤的銅桿以固定的方式進(jìn)行電阻加熱的方法，具有極大的優(yōu)勢。

如圖4所示，所述在線連續(xù)水淬裝置包括第二外筒體19，所述第二外筒體19上部和下部分別設(shè)置有出水口21和進(jìn)水口20，所述第二外筒體19外部設(shè)置有水冷卻循環(huán)系統(tǒng)22，所述水冷卻循環(huán)系統(tǒng)22通過管路分別與進(jìn)水口20和出水口21相連接，所述第二外筒體19內(nèi)部設(shè)置有上下兩個網(wǎng)孔板25，所述上下兩個網(wǎng)孔板25位于進(jìn)水口20和出水口21之間，所述上下兩個網(wǎng)孔板25之間設(shè)置有第二旋轉(zhuǎn)鋼筒26，所述第二外筒體19上設(shè)置有第二進(jìn)料口23和第二出料口24，所述第二進(jìn)料口23和第二出料口24位于上下兩個網(wǎng)孔板25之間，所述第二進(jìn)料口23位于第二出料口24上方；

連續(xù)均勻水冷卻，若不采用網(wǎng)孔形式，中間的水流會比邊緣的水流速度較快，這樣就會形成銅桿水冷卻不均勻，從而使銅合金內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大差異，若采網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)水冷卻，中間的水流速度不會出現(xiàn)層流現(xiàn)象，從而達(dá)到連續(xù)均勻水冷卻的效果，從而使銅合金干均勻冷卻，使得銅銅鉻鋯內(nèi)部組結(jié)構(gòu)均勻。

步驟四、直角通道連續(xù)擠壓

采用直角通道連續(xù)擠壓裝置進(jìn)行連續(xù)擠壓處理，得到銅鉻鋯合金連續(xù)接觸線桿坯；

所述連續(xù)擠壓裝置有以下兩個實(shí)施例：

實(shí)施例一：

如圖5所示，所述直角通道連續(xù)擠壓裝置包括第一擠壓模具27，所述第一擠壓模具27包括第一擠壓腔體30，所述第一擠壓腔體30前側(cè)設(shè)置有第一進(jìn)料通道28，所述第一擠壓腔體30上方設(shè)置有第一沖道31、第二沖道32和第三沖道33，所述第一沖道31、第二沖道32和第三沖道33內(nèi)均設(shè)置有與各自匹配的沖頭，所述第一沖道31沿豎直方向布置，所述第二沖道32和第三沖道33左右對稱布置于第一沖道31兩側(cè)，所述第一沖道31為兩個體積，所述第二沖道32和第三沖道33為一個體積，所述第二沖道32和第三沖道33呈120°夾角，所述擠壓腔體30下方設(shè)置有直角出料通道29，所述直角通道出料口29位于第一沖道31正下方；

所述直角出料通道29外側(cè)設(shè)置有水冷系統(tǒng)34；

連續(xù)鑄桿經(jīng)過連續(xù)擠壓機(jī)擠壓到腔體時，銅合金處于軟化狀態(tài)，便于在腔體內(nèi)充滿擠壓。當(dāng)腔體充滿狀態(tài)時，第一沖道內(nèi)的沖頭向下運(yùn)動（2個體積），進(jìn)行擠壓，與此同時，擠壓輪進(jìn)料口進(jìn)料2個體積，第二沖道和第三沖道內(nèi)的沖頭分別向后退1個體積，從而保證腔體始終處于充滿狀態(tài)，并使填充料進(jìn)入直角通道，進(jìn)行擠壓，并進(jìn)行冷卻。

當(dāng)?shù)谝粵_道內(nèi)的沖頭向下運(yùn)動擠壓完成時，此時第二沖道和第三沖道內(nèi)的沖頭已退至頂部，與此同時開始向下進(jìn)行擠壓，擠壓輪進(jìn)料2個體積的坯料，第一沖道內(nèi)的沖頭向后退出2個體積。由于形成往復(fù)循環(huán)的過程，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)大長度直角等通道連續(xù)擠壓的工藝；第二沖道和第三沖道內(nèi)的沖頭進(jìn)行擠壓時形成的合力，與第一沖道內(nèi)的沖頭進(jìn)行擠壓的力的效果是等同的。

實(shí)施例二：

如圖6~圖9所示，所述直角通道連續(xù)擠壓裝置包括第二擠壓模具35，所述第二擠壓模具35包括第二擠壓腔體36，所述第二擠壓腔體36前側(cè)設(shè)置有第二進(jìn)料通道37和上下左右四條進(jìn)料加壓通道42，每個進(jìn)料加壓通道42內(nèi)均設(shè)有與各自匹配的沖頭，所述第二擠壓腔體36后側(cè)設(shè)置有中心出料通道38，所述第二進(jìn)料通道37和中心出料通道38與第二擠壓腔體36位于同一中心線上，所述四條進(jìn)料加壓通道42與第二擠壓腔體36中心線呈一定夾角，所述中心出料通道38包括前后兩段，中心出料通道38前段外側(cè)設(shè)置有逆向循環(huán)冷卻系統(tǒng)41，中心出料通道38后段設(shè)置有第一直角通道39和第二直角通道40，所述第一直角通道39位于第二直角通道40前側(cè)；

所述第一直角通道39包括第一豎直通道39.1和第一水平通道39.2，所述第二直角通道40包括第二豎直通道40.1和第二水平通道40.2，所述第一豎直通道39.1、第一水平通道39.2、 第二豎直通道40.1和第二水平通道40.2呈十字型布置，第一豎直通道39.1、第一水平通道39.2、 第二豎直通道40.1和第二水平通道40.2內(nèi)均設(shè)置有與各自匹配的沖頭。

步驟五、時效處理

連續(xù)擠壓后的銅鉻鋯合金接觸線桿坯采用時效處理裝置在400~500℃之間時效處理3~5小時，然后采用在線連續(xù)水淬裝置冷卻至室溫；

所述時效處理裝置的結(jié)構(gòu)與固溶強(qiáng)化裝置相同。

步驟六、冷拔成型

對銅鉻鋯合金連續(xù)接觸線桿坯進(jìn)行多道次冷拉拔，制成銅鉻鋯合金連續(xù)接觸線。

除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還包括有其他實(shí)施方式，凡采用等同變換或者等效替換方式形成的技術(shù)方案，均應(yīng)落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。