一種導條端環用高強高導Cu?Cr?Zr?RE合金及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種導條端環用高強高導Cu?Cr?Zr?RE合金及其制備方法。包括Cu、Cr、Zr和RE，所述各物料以wt%計比例為：Cr 0.5?1.2，Zr 0.01?0.5，稀土元素0?0.5，余量為銅或者為銅和不可避免的雜質元素。本發明采用真空熔煉工序，全過程通氬氣保護，最大限度的排氧、脫氧，解決溶體吸氣、凈化問題；本發明澆注過程中采用加壓凝固技術，提高合金組織致密度，改善元素偏析狀況；本發明通過稀土元素改性及熔煉工藝改善等手段進行材料成分優化設計，突破強度和導電率相互矛盾的關系，在保證導條端環高強度的同時顯著提高了導電性能。
【專利說明】
一種導條端環用高強高導Gu-Gr-Zr-RE合金及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明屬于材料制備技術領域，特別是提供了一種導條端環用高強高導Cu-Cr-Zr-RE 合金及其制備技術。
【背景技術】
[0002] 導條和端環為高速異步牽引電機轉子關鍵部件，由于牽引電機功率大、轉速高，轉子溫 升高達350-400 °C，要求轉子的關鍵部件材料必須有足夠高的強度和導電率，并兼顧較高的 抗高溫軟化能力。隨著電氣化鐵路向高速、重載方向發展，牽引電機轉子中關鍵部件用材料 的服役條件更加苛刻，對導條和端環等關鍵部件的材料性能提出了更高要求。然而，材料的 強度和導電率是一對相互矛盾的特性，提高材料導電率將導致強度降低，提高材料強度則 導致導電率的大幅下降。因此，如何通過微合金化等成分設計手段以及先進制備工藝獲得 同時具備高強度和高導電率的合金，對于高速異步牽引電機轉子中導條和端環等關鍵部件 的開發具有重要意義。目前，導條和端環大多采用高強高導Cu-Cr-Zr合金，采用傳統熔煉鑄 造工藝，由于Cr、Zr合金元素熔點高于Cu，熔化狀態下極易發生氧化、吸氣、成分偏析等現 象，導致材料制備困難及制備的合金存在組織致密度低、鑄態缺陷嚴重等問題。專利CN 201010181509.2公開了一種大功率調頻調速異步牽引電機用銅合金導條和端環及其制備 方法，采用中頻感應熔煉+半連鑄技術制備出導條和端環Cu-Cr-Zr合金材料，并通過固溶時 效和加工方式強化，強度可以滿足使用要求，但導電率不高。
【發明內容】
[0003] 本發明提供一種導條端環用高強高導Cu-Cr-Zr-RE合金及其制備方法，通過向Cu-Cr-Zr合金中添加微量稀土元素，并采用真空熔煉+加壓凝固技術等工藝，以制備出組織致 密、性能優異、能滿足產品性能要求和服役條件的高強高導Cu-Cr-Zr-RE合金。
[0004] 為此本發明采用的技術方案是：1.高強高導Cu-Cr-Zr-RE合金成分(wt%)為：Cr 0.5-1.2，Zr 0.01-0.5，稀土元素0-0.5，余量為銅和不可避免的雜質元素。其中稀土元素為 鈰、鑭中的一種或兩種，調整稀土元素在合金中所占的比例，可以得到不同強度和導電率相 結合的合金，以滿足實際使用中的不同需求。
[0005] 2.按上述組分進行原材料準備，后續的制備工藝主要步驟包括： 1)配料:根據Cu-Cr-Zr-RE合金各組分要求配料。原材料選用99.95%電解銅、純Cr板、Zr 和稀土元素以中間合金形式加入。熔煉前對原材料進行表面烘干、除油除銹等預處理。
[0006] 2)真空熔煉+加壓凝固：將配好的原材料放入真空感應熔煉爐內進行熔煉，加料順 序為電解銅、Cr板、Zr和稀土中間合金，其中，在加入Zr和稀土元素之前，對熔液要進行充分 的脫氧、除氣、除渣等預處理，采用紅外測溫儀測溫，熔煉溫度為1200-1300°C，真空度保持 在HT2MPa以下，恪煉過程完成后，在真空室內進行澆注，饒注的同時進行氣體加壓，壓力保 持在0.5-1.010^，澆注溫度控制在1150_1200°(：，澆注完成后脫模。
[0007] 3)熱處理:將步驟(2)得到的鑄錠裝入進行固溶時效熱處理，固溶溫度為850-980 °C，保溫1-2小時，快速水冷;時效溫度為300-600°(：，保溫2-611，空冷。對熱處理后合金進行 性能測試。
[0008] 本發明提供的導條端環用高強高導Cu-Cr-Zr-RE合金及其制備技術，在Cu-Cr-Zr 合金的基礎上加入微量稀土元素，采用真空熔煉+加壓凝固技術，三者的結合可以顯著提高 制備的合金材料的綜合性能。稀土元素的加入不僅能改變合金的熔煉工藝性，利于精煉、除 氣和微合金化等作用，還可以提高合金的抗拉強度、導電率、軟化溫度及延伸率等。采用真 空熔煉+加壓凝固技術，解決了傳統鑄造工藝制備合金組織致密度低、易產生元素偏析和鑄 態缺陷等問題。采用本發明提供的技術制備出的導條和端環性能高于國家標準，較好的滿 足高速異步牽引電機轉子中導條和端環部件對合金材料的性能要求，市場應用前景好。
[0009] 本發明的優點是：1)采用真空熔煉工序，全過程通氬氣保護，最大限度的排氧、脫 氧，解決溶體吸氣、凈化問題； 2) 澆注過程中采用加壓凝固技術，提高合金組織致密度，改善元素偏析狀況； 3) 通過稀土元素改性及熔煉工藝改善等手段進行材料成分優化設計，突破強度和導電 率相互矛盾的關系，在保證導條端環高強度的同時顯著提高了導電性能。
【具體實施方式】
[0010] 實施案例一:本實施案例所述合金配料比(wt%)為:Cr=O. 8，Zr=O. I，RE=0，余量為銅和 不可避免的雜質。
[0011] 具體制備方法:首先按組分要求配料，熔煉前對原材料進行表面烘干、除油除銹等 預處理;將配好的原材料放入真空感應熔煉爐內進行熔煉，加熱，抽真空(真空度保持在HT 2MPa以下），紅外測溫儀測溫，熔煉過程完成后在真空室內進行澆注，澆注的同時進行氣體 加壓，壓力保持在1.0 MPa，澆注溫度控制在1200°C，澆注完成后脫模;最后將鑄錠裝入進行 固溶時效熱處理，固溶溫度為950 °C，保溫1小時，快速水冷；時效溫度為450°C，保溫4h，空 冷。對熱處理后合金進行性能測試。
[0012] 在室溫條件下，制備的合金電阻率為2.9μ Ω · cm，抗拉強度和延伸率分別為350MPa 和15%，350 °C試驗溫度下抗拉強度和延伸率分別為300MPa和12%。
[0013] 實施案例二:本實施案例所述合金配料比(wt%)為:Cr=O. 8，Zr=O. I，RE =0.2，余量 為銅和不可避免的雜質。
[0014] 具體制備方法：首先按Cu-Cr-Zr-RE組分要求配料，熔煉前對原材料進行表面烘 干、除油除銹等預處理;將配好的原材料放入真空感應熔煉爐內進行熔煉，加熱，抽真空(真 空度保持在HT 2MPa以下），紅外測溫儀測溫，熔煉過程完成后在真空室內進行澆注，澆注的 同時進行氣體加壓，壓力保持在1.0 MPa，澆注溫度控制在1200°C，澆注完成后脫模;最后將 鑄錠裝入進行固溶時效熱處理，固溶溫度為950 °C，保溫1小時，快速水冷；時效溫度為450 °C，保溫4h，空冷。對熱處理后合金進行性能測試：
[0015] 實施案例三：本實施案例所述合金配料比（wt%)為：Cr=O. 8，Zr=O. I，RE =O. 5，余量 為銅和不可避免的雜質。
[0016 ]具體制備方法：首先按Cu -Cr -Zr -RE組分要求配料，恪煉前對原材料進行表面烘 干、除油除銹等預處理;將配好的原材料放入真空感應熔煉爐內進行熔煉，加熱，抽真空(真 空度保持在HT2MPa以下），紅外測溫儀測溫，熔煉過程完成后在真空室內進行澆注，澆注的 同時進行氣體加壓，壓力保持在1.0 MPa，澆注溫度控制在1200°C，澆注完成后脫模;最后將 鑄錠裝入進行固溶時效熱處理，固溶溫度為950 °C，保溫1小時，快速水冷；時效溫度為450 °C，保溫4h，空冷。對熱處理后合金進行性能測試：
【主權項】
1. 一種導條端環用高強高導Cu-Cr-Zr-RE合金，其特征在于，包括Cu、Cr、Zr和RE，所述 各物料以wt%計比例為:Cr 0.5-1.2，Zr 0.01-0.5，稀土元素0-0.5，余量為銅或者為銅和不 可避免的雜質元素。2. 根據權利要求1所述的一種導條端環用高強高導Cu-Cr-Zr-RE合金，其特征在于，所 述稀土元素為鈰、鑭中的一種或兩種。3. 根據權利要求1所述的一種導條端環用高強高導Cu-Cr-Zr-RE合金，其特征在于，原 材料選用99.95%電解銅、純Cr板、Zr和稀土元素。4. 一種導條端環用高強高導Cu-Cr-Zr-RE合金的制備方法，其特征在于，按以下步驟進 行： 1) 配料:根據Cu-Cr-Zr-RE合金各組分要求配料； 2) 真空熔煉+加壓凝固：將配好的原材料放入真空感應熔煉爐內進行熔煉，加料順序為 電解銅、Cr板、Zr和稀土中間合金，熔煉溫度為1200-1300°C，真空度保持在10- 2MPa以下，熔 煉過程完成后，在真空室內進行澆注，澆注的同時進行氣體加壓，壓力保持在0.5-1. OMPa， 澆注溫度控制在1150-1200°C，澆注完成后脫模； 3) 熱處理:將步驟(2)得到的鑄錠裝入進行固溶時效熱處理，固溶溫度為850-980°C，保 溫1 -2小時，快速水冷;時效溫度為300-600 °C，保溫2-6h，空冷。5. 根據權利要求4所述的一種導條端環用高強高導Cu-Cr-Zr-RE合金的制備方法，其特 征在于，所述1)步驟中，原材料選用99.95%電解銅、純Cr板、Zr和稀土元素以中間合金形式 加入。6. 根據權利要求4所述的一種導條端環用高強高導Cu-Cr-Zr-RE合金的制備方法，其特 征在于，所述2)步驟熔煉前對原材料進行表面烘干、除油除銹預處理。7. 根據權利要求4所述的一種導條端環用高強高導Cu-Cr-Zr-RE合金的制備方法，其特 征在于，所述2)步驟中在加入Zr和稀土元素之前，對熔液要進行充分的脫氧、除氣、除渣預 處理。
【文檔編號】B22D27/13GK106086508SQ201610401790
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月11日
【發明人】宋克興, 周志云, 張偉, 王攀, 李軍, 施振川
【申請人】江蘇迅達電磁線有限公司