CN102134678B

CN102134678B - 一种用于节能电机的铜铁合金材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102134678B
Application number: CN 201110046772
Authority: CN
Inventors: 薛志勇; 刘明基; 罗应立
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: CN102134678A

Abstract

本发明公开了属于节能电机用材料范围的一种用于节能电机的铜铁合金材料及其制备方法。所述铜铁合金材料的成分为按合金材料总重量的比例计算:铜10-25wt%，硅0.20-0.40wt%，锰0.6-0.9wt%，磷≤0.5wt%，硫≤0.03wt%，铝0.35-0.55wt%，碳0.1-0.05wt%，其余为铁。所述合金材料经过感应炉熔化、浇注、热处理退火以及锻造工艺制备而成。所述合金材料的电导率在介于铜和铁之间，且具有一定的导磁性能，但是磁导率比电工纯铁低一些。所述合金材料主要应用于节能异步电机或高性能永磁电机的转子导条中。

Description

一种用于节能电机的铜铁合金材料及其制备方法

技术领域

本发明属于节能电机用材料范围，特别涉及一种用于节能电机的铜铁合金材料及其制备方法。

背景技术

随着工业化进程加速，能源问题已成为当代社会的焦点问题，节能材料的研究已经成为材料研究的一个重要方面。电机作为各类机械的重要基础部件之一，其效率高低对节约能源乃至经济的可持续发展有着重大影响。除了电机设计以外，新型节能电机用合金材料的研究和开发，对节能增效，创建节约型社会具有重要的现实意义。

在一些新型节能异步电机或高性能自起动永磁电机的转子导条设计中，需要采用一些新型合金材料，既要有一定的导电率，同时又具有一定的导磁率。当电机在起动过程中，转子从静止开始加速旋转，定子电流形成的磁场与转子之间以较高的相对运动速度运动，因此此时转子导条中感应电动势和感应电流的频率接近定子电流频率，转子铁心中磁场的交变频率也接近定子电流频率。由于转子的集肤效应，当频率较高时，磁场在转子中的透入深度比较浅，也就是说从转子铁心表面开始往转子内部随着深度的增加，磁场逐渐变小。这样使得转子导条中的电流主要集中在导条靠近转子铁心表面的区域，越往转子内部，导条中电流密度越小，使转子的等效电阻变大，从而减小了电机起动时的定子电流。根据异步电机的工作原理，转子电阻在一定范围内增大，使电机的起动转矩得到提高。随着转子转速的不断增大，转子中磁场的交变频率逐渐降低，集肤效应越来越不明显，转子导条中的电流密度逐渐趋于均匀分布，转子的等效电阻变小，使带一定负载的电机异步运行的机械特性的斜率变小，对于异步电机效率得到提高；对于自起动永磁电机，更容易把电机牵入同步状态，提高了永磁电机牵入同步的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于节能电机的铜铁合金材料及其制备方法，主要是用于节能异步电机转子导条或高性能自起动永磁电机起动导条的合金材料。

一种用于节能电机的铜铁合金材料，其特征在于：所述铜铁合金材料的成分为按合金材料总重量的比例计算:铜10-25wt%，硅0.20-0.40wt%，锰0.6-0.9 wt%，磷≤0.5 wt%，硫≤0.03 wt%，铝0.35-0.55 wt%，碳0.1-0.05 wt%，其余为铁。

一种用于节能电机的铜铁合金材料的制备方法，其特征在于，具体制备工艺如下：

1）按铜10-25wt%，硅0.20-0.40 wt%，锰0.6-0.9 wt%，磷≤0.5wt%，硫≤0.03 wt%，铝0.35-0.55 wt%，碳0.1-0.05 wt%，其余为铁的比例准备工业纯铁、电解铜、硅铁、锰铁、磷铜和铝。

2）采用用感应炉熔化：首先熔化炉中加入工业纯铁，在1680-1700℃之间脱碳，直到碳量达到0.05 wt%；采用酸性炉衬，在铁熔化后加入合金材料总重量0.35wt%的锰铁，以便脱氧，经3-5分钟后，在炉中加入铜；每次加入批量不超过加铜总量的10wt%以防金属冷却，全部铜熔化后应加入合金材料总重量0.3wt%磷铜，以便脱氧，为进行最后的脱氧处理，还应第二次加入合金材料总重量0.3wt%的锰铁，加入锰铁后过3-5分钟再加入合金材料总重量0.2wt%的硅铁；在将合金倒入浇仓之前，向合金液中加入合金材料总重量0.2wt%的铝。

3）浇铸，将浇包提前加热到400℃；然后再倒入合金液，开始浇铸时合金温度为1500-1550℃，造型必须用完全干燥的砂模，为控制化学成份和结构应浇出相应的试样，为保证铸件的质量，应留有足够的浇口；自然冷却后用锯掉的办法清理浇口，不可用气焊。

4）热处理退火，将铸件加温度至800℃，保温6小时，随炉冷却。

5）锻造和切割：为保证组织更加致密，将铸件进行锻造，开锻温度为850℃；然后用线切割制成电机所用导条。

本发明的有益效果是本发明主要含有合金元素铝、铜、锰，铁等。铝与氧有强的亲和能力，主要起脱氧和细化晶粒的作用，抑制低碳钢的时效，提高钢在低温下的韧性，作为合金加入钢水中，提高钢的抗氧化性、耐磨性和疲劳强度。铜和锰作为主要元素，主要是调整材料的电阻率和磁导率在一定的范围，同时提高材料的强度、韧性和可加工性，铁主要提高合金材料的导磁性能。

附图说明

图1为铜铁合金材料的显微组织图。

图2为铜铁合金材料的直流磁化曲线。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作详细说明：

本发明实施例为在上述合金材料成分比例基础上，以优选的成分比例范围：铜14-20 wt%，硅0.25-0.35 wt%，锰0.8-0.9 wt%，磷≤0.2 wt%，硫≤0.03 wt%，铝0.35-0.45 wt%，碳0.1-0.05 wt%，其余为铁，进行多次试验，通过熔炼、热处理、锻造，得到铜铁合金材料的成分为铜20%，硅0.32%，锰0.84%，磷0.11%，硫0.028%，铝0.43%，碳0.1%，其余为铁。然后加工成10*10*2050mm×30mm×200mm，用于开发自起动永磁电机，本发明合金材料的显微组织图如图1所示。该材料的电阻率为0.0001465欧姆.米，介于铜和铁之间，电导率为 6825.4726S。密度为7.9-8.3（g/cm³），HV为141-277。本发明合金材料的直流磁化曲线如图2所示，其导磁性比电工纯铁差一些，但是具有一定的导磁性能。

Claims

1.一种用于节能电机的铜铁合金材料的制备方法，其特征在于，具体制备工艺如下：

1）按铜10-25wt%，硅0.20-0.40 wt%，锰0.6-0.9 wt%，磷≤0.5wt%，硫≤0.03 wt%，铝0.35-0.55 wt%，碳0.1-0.05 wt%，其余为铁的比例准备工业纯铁、电解铜、硅铁、锰铁、磷铜和铝；

2）采用感应炉熔化：首先熔化炉中加入工业纯铁，在1680-1700℃之间脱碳，直到碳量达到0.05 wt%；采用酸性炉衬，在铁熔化后加入合金材料总重量0.35wt%的锰铁，以便脱氧，经3-5分钟后，在炉中加入铜；每次加入批量不超过加铜总量的10wt%以防金属冷却，全部铜熔化后应加入合金材料总重量0.3wt%磷铜，以便脱氧，为进行最后的脱氧处理，还应第二次加入合金材料总重量0.3wt%的锰铁，加入锰铁后过3-5分钟再加入合金材料总重量0.2wt%的硅铁，在将合金液倒入浇仓之前，向合金液中加入合金材料总重量0.2wt%的铝，最后得到铜铁合金液；

3）浇铸，将浇包提前加热到400℃；然后再倒入铜铁合金液，开始浇铸时铜铁合金液温度为1500-1550℃，造型必须用完全干燥的砂模，为控制化学成份和结构应浇出相应的试样，为保证铸件的质量，应留有足够的浇口；自然冷却后用锯掉的办法清理浇口，不可用气焊；

4）热处理退火，将铸件加温度至800℃，保温6小时，随炉冷却；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所得铜铁合金材料的电导率介于铜和铁之间，电导率为 6825.4726S，电阻率为0.0001465欧姆.米，密度为7.9-8.3g/cm³，HV为141-277，且具有一定的导磁性能，但是磁导率比电工纯铁低一些。