一種高速鐵路電網(wǎng)接觸線用高強(qiáng)高導(dǎo)鉻鋯銅合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及有色金屬加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高速鐵路電網(wǎng)接觸線用高強(qiáng)高 導(dǎo)鉻鋯銅合金的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電氣化鐵路運(yùn)行已經(jīng)向準(zhǔn)高速、高速發(fā)展。提高列車(chē)的 運(yùn)行速度，將使得列車(chē)輸出功率增大，其實(shí)質(zhì)是要提高接觸線的載流量，將會(huì)增加接觸線的 損耗，浪費(fèi)大量電能，因此電接觸線用材料的發(fā)展水平就決定了電氣化鐵路提速的進(jìn)程。在 諸多材料中，析出強(qiáng)化型鉻鋯銅合金由于優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱能力以及合適的強(qiáng)度，作為電氣 化鐵路接觸導(dǎo)線的應(yīng)用需求也日益旺盛。由于機(jī)車(chē)受電弓滑板與接觸線之間的高速摩擦、 接觸線自身的熱效應(yīng)都將產(chǎn)生大量熱量，為避免溫度過(guò)高而產(chǎn)生軟化現(xiàn)象，材料應(yīng)具有良 好的導(dǎo)電導(dǎo)熱能性；同時(shí)由于架線張力的作用以及電弓與接觸線的高速滑動(dòng)摩擦，要求材 料具有良好的強(qiáng)度與耐磨性，良好的壽命。
[0003] 鉻鋯銅合金作為典型的析出強(qiáng)化型合金，通過(guò)固溶時(shí)效工藝可以提高強(qiáng)度的同時(shí) 可以保持一定的導(dǎo)電性，但依然難以滿足苛刻的性能需求，因此如何在保持優(yōu)良導(dǎo)電性的 同時(shí)盡可能地提升強(qiáng)度、耐磨性和壽命就具有十分重要的意義。
[0004] 目前鉻鋯銅合金棒材的通常制備技術(shù)為真空感應(yīng)熔煉，但僅通過(guò)熔煉而得的合金 性能遠(yuǎn)無(wú)法滿足要求，需要進(jìn)一步的工藝來(lái)提升性能。而通常所使用的固溶、冷乳(或熱乳） 與時(shí)效組合的工藝雖然可以保持鉻鋯銅合金一定的導(dǎo)電率的同時(shí)提高強(qiáng)度，但是乳制配套 工藝所需步驟復(fù)雜耗時(shí)(冷乳為例）：如酸洗、乳制、脫脂、退火;另一方面乳制極易造成氧化 物片化惡化機(jī)械性能以及產(chǎn)生強(qiáng)烈織構(gòu)，織構(gòu)在后續(xù)的退火過(guò)程中也極易長(zhǎng)大，工藝不易 控制，造成晶粒過(guò)大，弱化硬化效果;且乳制工藝變形量不夠大，強(qiáng)化效果有限。因此需要研 究使用更加方便有效的劇烈塑性冷變形手段，保證導(dǎo)電率不降低、強(qiáng)度提升的同時(shí)，通過(guò)開(kāi) 發(fā)簡(jiǎn)單可行、易于工業(yè)生產(chǎn)的配套工藝來(lái)進(jìn)一步提高耐磨性及使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供了一種在傳統(tǒng)固溶時(shí)效工藝的基礎(chǔ)上采用多級(jí)冷變形技 術(shù)對(duì)鉻鋯銅合金進(jìn)行處理，并以深過(guò)冷處理作為最終處理，得到性能優(yōu)異、工藝簡(jiǎn)單、可實(shí) 現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的制備高速鐵路電網(wǎng)接觸線用高強(qiáng)高導(dǎo)鉻鋯銅合金的工藝方法。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種高速鐵路電網(wǎng)接觸線用高強(qiáng)高導(dǎo)鉻鋯銅合金的制備方法，包括下述步驟：
[0008] (1)固溶處理
[0009] 將鉻鋯銅合金原始鑄錠棒材進(jìn)行固溶退火處理，固溶溫度為800°C~1000°C，時(shí)間 為1~3小時(shí)，空冷至室溫；
[0010] (2)等徑角擠壓
[0011]將固溶處理后的樣件進(jìn)行等徑角轉(zhuǎn)角擠壓，擠每次擠壓后試樣按同一方向旋轉(zhuǎn) 90°后進(jìn)入下一道次;在室溫下將樣件進(jìn)行1~5道次擠壓，切掉擠壓毛刺與棒材擠壓尾料， 得到擠壓后的樣件；
[0012] (3)時(shí)效處理
[0013]對(duì)經(jīng)過(guò)固溶、擠壓后的鉻鋯銅合金棒材進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為430°C~530°C， 時(shí)效時(shí)間為2~4小時(shí)，空冷至室溫；
[0014] (4)等徑角擠壓
[0015] 對(duì)經(jīng)過(guò)固溶、擠壓、時(shí)效處理后的樣件再次進(jìn)行等徑角轉(zhuǎn)角擠壓;每次擠壓后試樣 按同一方向旋轉(zhuǎn)90°，進(jìn)入下一道次;在室溫下將樣件進(jìn)行1~5道次擠壓，切掉擠壓毛刺與 棒材擠壓尾料，得到第二次擠壓后的樣件；
[0016] (5)深過(guò)冷處理
[0017]最終將經(jīng)過(guò)固溶、擠壓、時(shí)效處理、擠壓的樣件進(jìn)行深過(guò)冷處理，即通過(guò)液氮使樣 件冷卻到-100°c~-190°c，并保持1~5小時(shí)，隨后置于大氣中使其恢復(fù)至室溫，得到組織均 勾、性能穩(wěn)定、耐磨性提尚、壽命延長(zhǎng)的尚強(qiáng)尚導(dǎo)絡(luò)錯(cuò)銅合金。
[0018] 進(jìn)一步，所述高強(qiáng)高導(dǎo)鉻鋯銅合金的抗拉強(qiáng)度大于580MPa，硬度大于HRB85,且導(dǎo) 電率在80%IACS以上。
[0019] 進(jìn)一步，所述鉻鋯銅合金中成份的重量百分比為：鉻0.25~0.65 %，鋯0.08~ 0.2%，其余為銅。
[0020] 進(jìn)一步，固溶處理采用箱式電阻熱絲加熱爐進(jìn)行，大氣環(huán)境下，升溫至800°C~ 1000°C的時(shí)間為60分鐘。
[0021 ]進(jìn)一步，將所述鉻鋯銅合金固溶處理后加工為Φ 19.5 X 150_棒料，采用石墨紙潤(rùn) 滑，利用10噸液壓機(jī)對(duì)其進(jìn)行等徑角擠壓變形，變形速度為30mm/min。
[0022]進(jìn)一步，所述等徑角擠壓的擠壓通道為直徑為20mm，外角為30°，內(nèi)角為90°。
[0023] 進(jìn)一步，所述時(shí)效處理采用箱式電阻熱絲加熱爐進(jìn)行，大氣環(huán)境下，升溫至430°C ~530°C的時(shí)間為30分鐘。
[0024] 進(jìn)一步，所述深過(guò)冷處理將樣件置于深冷設(shè)備中冷卻到-100°C~_190°C的降溫速 度為 10°C/min。
[0025] 進(jìn)一步，所使用深冷處理設(shè)備的工作腔有效尺寸為Φ 215 X 220mm、壁厚為10mm的 真空夾層不銹鋼罐體;液氮經(jīng)噴嘴噴出后在工作腔內(nèi)直接汽化降溫，通過(guò)控制通入的液氮 的量控制深冷箱的溫度。
[0026]本發(fā)明方法制備的尚強(qiáng)尚導(dǎo)絡(luò)錯(cuò)銅合金可以作為尚速鐵路電網(wǎng)接觸導(dǎo)線，以其良 好的強(qiáng)度與耐磨性在高速鐵路電網(wǎng)接觸線中應(yīng)用，使用該高強(qiáng)高導(dǎo)鉻鋯銅合金能夠延長(zhǎng)接 觸導(dǎo)線的壽命。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
[0028] 1、本發(fā)明選擇在傳統(tǒng)的固溶時(shí)效基礎(chǔ)上，對(duì)鉻鋯銅合金采用多級(jí)冷變形技術(shù)并以 深過(guò)冷工藝作為最終處理，不僅使鉻鋯銅合金的強(qiáng)度大幅提高，導(dǎo)電性不降低，由于深冷的 作用還可以提高耐磨性、延長(zhǎng)使用壽命；
[0029] 2、本發(fā)明所制得的銅合金性能優(yōu)于未采用本法處理制得的銅合金性能，本法獲得 的銅合金的抗拉強(qiáng)度大于580MPa，HRB硬度大于85,且導(dǎo)電率在80%IACS以上；
[0030] 3、本發(fā)明采用多級(jí)冷變形技術(shù)結(jié)合超低溫處理技術(shù)對(duì)鉻鋯銅合金進(jìn)行處理，工藝 簡(jiǎn)單、操作方便、成本低廉，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1為制備高速鐵路電網(wǎng)接觸線用高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金工藝流程圖。
[0032]圖2為等徑角擠壓方式示意圖。
[0033] 圖3為實(shí)施例1中高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的金相組織照片。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。
[0035] 如圖1所示，本發(fā)明一種高速鐵路電網(wǎng)接觸線用高強(qiáng)高導(dǎo)鉻鋯銅合金的制備方法， 包括下述步驟：
[0036] 第一步：固溶處理
[0037]將鉻鋯銅合金鑄錠，在箱式電阻熱絲加熱爐中進(jìn)行固溶處理，大氣環(huán)境下，固溶溫 度為800°C~1000°C，升溫時(shí)間為60min，時(shí)間為1~3小時(shí)，空冷至室溫;所述鉻鋯銅合金中 成份的重量百分比為鉻〇. 25~0.65%、鋯0.08~0.2%，其余為銅。
[0038]第二步:等徑角擠壓
[0039] 將固溶處理后的銅合金加工為Φ 19.5 X 150mm棒料，石墨紙潤(rùn)滑，利用10噸液壓機(jī) 對(duì)其進(jìn)行等徑角擠壓變形，擠壓過(guò)程見(jiàn)圖2所示，變形速度為30mm/min;擠壓通道為直徑為 20mm，外角為30°，內(nèi)角為90°，擠每次擠壓后試樣按同一方向旋轉(zhuǎn)90°后進(jìn)入下一道次;在室 溫下將樣件進(jìn)行1~5道次擠壓，切掉擠壓毛刺與棒材擠壓尾料，得到擠壓后的樣件。
[0040] 第三步:時(shí)效處理
[0041] 對(duì)經(jīng)過(guò)固溶、等徑角擠壓后的鉻鋯銅合金棒材在箱式電阻熱絲加熱爐中進(jìn)行時(shí)效 處理，大氣環(huán)境下，時(shí)效溫度為430°C~530°C，升溫時(shí)間為30min，保溫時(shí)間為2~4小時(shí)，空 冷至室溫。
[0042]第四步:等徑角擠壓
[0043]對(duì)經(jīng)過(guò)固溶、擠壓、時(shí)效處理后的樣件再次進(jìn)行等徑角轉(zhuǎn)角擠壓。將鉻鋯銅合金加 工為Φ 19.5 X 150mm棒料，石墨紙潤(rùn)滑，利用10噸液壓機(jī)對(duì)其進(jìn)行等徑角擠壓變形，變形速 度為30mm/min。擠壓通道為直徑為20mm，外角為30°，內(nèi)角為90°，每次擠壓后試樣按同一方 向旋轉(zhuǎn)90°，進(jìn)入下一道次;在室溫下將樣件進(jìn)行1~5道次擠壓，切掉擠壓毛刺與棒材擠壓 尾料，獲得二次擠壓后的樣件。
[0044] 第五步:深過(guò)冷處理
[0045]最終將經(jīng)過(guò)固溶、擠壓、時(shí)效、擠壓的樣件進(jìn)行深過(guò)冷處理，深冷設(shè)備其工作腔有 效尺寸為Φ215Χ220_、壁厚為10mm的真空夾層不銹鋼罐體;液氮經(jīng)噴嘴噴出后在工作腔 內(nèi)直接汽化降溫，通過(guò)控制通入的液氮的量控制深冷箱的溫度。通過(guò)該深冷設(shè)備使樣件冷 卻到-100°C~_190°C，降溫速度為10°C/min，并保持1~5小時(shí)，隨后置于大氣中恢復(fù)至室 溫，得到組織均勻、性能穩(wěn)定、耐磨性提高、壽命延長(zhǎng)的高強(qiáng)高導(dǎo)鉻鋯銅合金，其抗拉強(qiáng)度大 于580MPa，HRB硬度大于85