CN100387740C - 汽轮发电机转子槽楔用钛青铜及其加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽轮发电机转子槽楔用钛青铜及其加工工艺，该材料以Ti代Be，以Ni代Co，通过真空中频感应炉中加入混合精炼剂熔铸，从而节省了贵重战略材料，降低生产成本，基本解决了铍钴锆铜合金在生产加工中对人体和环境的污染；合金锭控温锻造后固溶并在精选的冷却介质中淬火，冷成形采用在20#机油中添加抗极压剂作为复合润滑剂，使材料获得良好的综合性能，其性能可达到：室温(15～27℃)时：бb≥700MPa、б0.2≥600MPa、δ5≥15%、HRB≥96、导电率≥46%；高温(427℃)时：бb≥540MPa、б0.2≥480MPa、δ5≥5%。

Description

汽轮发电机转子槽楔用钛青铜及其加工工艺
所属领域
本发明涉及一种用于制造大容量汽轮发电机转子槽楔的高强度耐热钛青铜及其加工方法。
背景技术
目前我国大容量汽轮发电机转子槽楔用材一般为西屋公司标准规范P.D.S13411AL中采用的铍钴锆铜合金，合金的成分见表一，其力学性能及电性能见表二。
表一
Figure C20051003805100031
表二
  性能指标   单位   室温(15～27℃)   高温(427℃)
  抗拉强度б<sub>b</sub>   MPa   ≥690   ≥520
  屈服强度б<sub>0.2</sub>   MPa   ≥590   ≥450
  延伸率δ<sub>5</sub>   ％   ≥15   ≥5
  硬度HRB   ≥92
  导电率   ％IACS   ≥45
这种铜合金含有较高的Co、Be、Zr，使得材料的生产成本高，同时较高的Be含量在生产和加工过程中，给环境和人体带来一定污染和伤害，材料成形后探伤合格率较低。
发明内容
为了减少目前大容量汽轮发电机转子槽楔用材在生产过程中的污染问题，并提高材料的综合性能，尤其是高温力学性能，保证产品的使用寿命，提高材料的成材率，本发明提供了一种无钴、无锆，高强度耐热，综合性能理想，适用于大容量汽轮发电机转子槽楔由Ni、Ti、Be、Cu组成的合金以及加工工艺。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：将Be、Ni、Ti、Cu四种金属元素按质量百分比：Be0.10～0.30％、Ni1.5～2.5％、Ti0.40～0.60％，余量为Cu，在真空中频感应电炉中熔炼并浇注成铸锭，然后通过热加工、固溶处理、冷变形、时效处理工序而获得一种沉淀硬化型合金。
合金的铸锭组织为α固溶体和少量的Ni Be、TiBe2、Ni3Ti、CuBe化合物，通过热锻打碎铸锭初生铸态化合物，增加坯料的致密度，为后序生产创造条件。
将合金固溶的目的是使铸态组织中的Ni Be、TiBe2、Ni3Ti、CuBe化合物溶解于单相α-Cu固溶体中，获得较高浓度的饱和固溶体。
合金冷变形是增加饱和固溶合金体的位错密度，为时效处理时第二相的析出提供非自发晶核，从而提高固溶体的分解速度及强化相的析出密度，以获得较好的力学性能及导电率。
合金通过适当的时效工艺，饱和固溶体发生脱溶分解，析出颗粒细小，强散分布的化合物沉淀强化相，从而获得综合性能较好的材料。
本合金采用的加工工艺是：
1、将冰晶石、食盐、氯化钾、氟化钠按重量比为30∶50∶10∶10混合成精炼剂，称取占炉料重量0.1～0.5％的精炼剂铺在真空中频感应电炉炉膛底部，然后在炉膛内加入Be、Ni、Ti、Cu，合上炉壳进行熔铸。
2、将合金铸锭放入炉中加热后在800～880℃的温度范围内进行控温锻造。
3、合金固溶后，在温度为0-30℃以重量计含5～15％氯化钠与8～20％聚羟基乙烯脂的混合溶液中淬火。
4、合金复合冷成形时，以20#机油与抗极压剂二硫化钼磷酸脂按重量比1∶(0.15-0.30)混合作为润滑剂，以加强冷变形时的散热速度，减少材料的磨损。
5、合金经冷加工后，按温度480～500℃、保温2小时进行时效处理，保温结束后合金出炉空冷。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详述。
实施例1：
当合金成分(重量百分比)为：Ti0.4％、Ni2.5％、Be0.3％、余量为Cu时，按下列工艺：将冰晶石、食盐、氯化钾、氟化钠按30∶50∶10∶10的重量比例混合成精炼剂脱去结晶水后，称取炉料重量0.5％的精炼剂铺在真空中频感应电炉炉底，将上述几种金属放入炉膛内，合上炉壳进行熔铸；将铸锭扒皮后在800～880℃的温度范围内进行控温锻造；按950℃×1小时的工艺固溶后，在温度为20℃、重量比例为6％氯化钠与10％聚羟基乙烯脂的混合溶液中淬火；然后采用20#机油与二硫化钼磷酸脂按重量比1∶0.16混合成的润滑剂进行冷成形；再按480℃×2小时时效处理后，该合金材料的综合机械性能数据见表三：
表三
  性能指标   单位   室温(15～27℃)   高温(427℃)
  抗拉强度б<sub>b</sub>   MPa   710   540
  屈服强度б<sub>0.2</sub>   MPa   620   500
  延伸率δ<sub>5</sub>   ％   16   6
  硬度HRB   96
  导电率   ％IACS   47
实施例2：
当合金成分(重量百分比)为：Ti0.6％、Ni1.5％、Be0.1％、余量为Cu时，按下列工艺：将冰晶石、食盐、氯化钾、氟化钠按30∶50∶10∶10的重量比例混合成精炼剂脱去结晶水后，称取炉料重量0.3％的精炼剂铺在真空中频感应电炉炉底，将上述几种金属放入炉膛内，合上炉壳进行熔铸；将铸锭扒皮后在800～880℃的温度范围内进行控温锻造；按980℃×1小时的工艺固溶后，在温度为20℃、重量比例为15％氯化钠与8％聚羟基乙烯脂的混合溶液中淬火；然后采用20#机油与二硫化钼磷酸脂按重量比1∶0.15混合成的润滑剂进行冷成形；再按480℃×2小时时效处理后，该合金材料的综合机械性能数据见表四：
表四
  性能指标   单位   室温(15～27℃)   高温(427℃)
  抗拉强度б<sub>b</sub>   MPa   750   540
  屈服强度б<sub>0.2</sub>   MPa   650   480
  延伸率δ<sub>5</sub>   ％   16   9
  硬度HRB   96
  导电率   ％IACS   46
实施例3：
当合金成分(重量百分比)为：Ti0.5％、Ni1.8％、Be0.27％、余量为Cu时，按下列工艺：将冰晶石、食盐、氯化钾、氟化钠按30∶50∶10∶10的重量比例混合成精炼剂脱去结晶水后，称取炉料重量0.4％的精炼剂铺在真空中频感应电炉炉底，将上述几种金属放入炉膛内，合上炉壳进行熔铸；将铸锭扒皮后在800～880℃的温度范围内进行控温锻造；按940℃×1小时的工艺固溶后，在温度为20℃、重量比例为10％氯化钠与15％聚羟基乙烯脂的混合溶液中淬火；然后采用20#机油与二硫化钼磷酸脂按重量比1∶0.2混合成的润滑剂进行冷成形；再按500℃×2小时时效处理后，该合金材料的综合机械性能数据见表五：
表五
  性能指标   单位   室温(15～27℃)   高温(427℃)
  抗拉强度б<sub>b</sub>   MPa   785   630
  屈服强度б<sub>0.2</sub>   MPa   670   550
  延伸率δ<sub>5</sub>   ％   18   9
  硬度HRB   97
  导电率   ％IACS   47
本发明与目前的材料相比，具有如下优点：
1、本发明中含铍0.1-0.3％，比铍钴锆铜合金的铍含量低，减少了环境污染和对人体的伤害，降低了成本。
2、本发明不含钴与锆，节省了贵重战略材料，进一步降低了成本。
3、本发明具有导电率高、力学性能好、耐高温、寿命长、污染小、成材率高等优点，完全可以替代铍钴锆铜合金，是制造大容量汽轮发电机转子槽楔的理想材料。
本发明综合性能可达到表六要求：
表六
  性能指标   单位   室温(15～27℃)   高温(427℃)
  抗拉强度б<sub>b</sub>   MPa   ≥700   ≥540
  屈服强度б<sub>0.2</sub>   MPa   ≥600   ≥480
  延伸率δ<sub>5</sub>   ％   ≥15   ≥5
  硬度HRB   ≥96
  导电率   ％IACS   ≥46

Claims (2)

1.一种用于制造大容量汽轮发电机转子槽楔的钛青铜，该合金中各元素的重量百分比为：Be 0.10～0.30％，Ni 1.5～2.5％，Ti 0.40～0.60％，余量为Cu。
2.一种用于制造大容量汽轮发电机转子槽楔的钛青铜加工工艺，其特征是：
a、将冰晶石、食盐、氯化钾、氟化钠按重量比为30∶50∶10∶10混合成精炼剂，称取占炉料重量0.1～0.5％的精炼剂铺在真空中频感应电炉炉膛底部，然后在炉膛内加入Be 0.10～0.30％、Ni 1.5～2.5％、Ti 0.40～0.60％、余量Cu，合上炉壳进行熔铸；
b、将合金铸锭放入炉中加热后在800～880℃的温度范围内进行控温锻造；
c、合金固溶后，在温度为0-30℃以重量计含5～15％氯化钠与8～20％聚羟基乙烯脂的混合溶液中淬火；
d、合金复合冷成形时，以20#机油与抗极压剂二硫化钼磷酸脂按重量比1∶(0.15-0.30)混合作为润滑剂，以加强冷变形时的散热速度，减少材料的磨损。
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