CN102851527B - 一种铜银镁合金接触线及其制备方法 - Google Patents

一种铜银镁合金接触线及其制备方法 Download PDF

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Abstract

发明的目的在于针对背景技术的不足，提供一种铜银镁合金接触线及其制备方法，铜银镁合金接触线按重量百分比为：0.05～0.15％的银和0.20～0.40％的镁，杂质总量不大于0.1％，余量为铜。通过熔炼-水平连铸-冷轧-时效处理-冷轧-冷拉成型工艺，制造出的接触线不仅具有很高的强度和良好的导电性，而且该工艺简单易行、成本较低、具有很好的经济效益。

Description

一种铜银镁合金接触线及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种接触线及其制备方法，特别涉及铜合金接触线及其制备方法。
背景技术
目前，国内外高速铁路的发展趋势将朝着高效快捷、环保节能的方向发展，这就要求高速铁路用的接触线有较高的抗拉强度和良好的导电性能。目前对高速铁路用的接触线综合性能要求是：抗拉强度≥550MPa，电导率≥80％IACS，软化温度≥450℃。
国内外对于高速铁路用关键材料都进行了长期的基础研究和应用研究。高速铁路用接触线一般添加一些高熔点、高硬度、低固溶度的金属，如Cr、Nb、Ag等，借助合金质点的纤维状排列，在不影响电导率的前提下来增加铜线材的强度和耐磨性。另外，日本还采用大变形强化技术，进行Cr、Nb系铜基复合材料强化的研究工作。国内上海大学和西北工业大学提出采用定向凝固工艺来提高铜合金强度。当前，应用最广泛的接触线是纯铜、铜银、铜镁合金接触线，其强度仅为350～400MPa，只适合中低速(250Km/h)铁路，难以满足高速铁路的服役条件。德国联邦股份公司的Re330型铜镁合金接触线较为先进，抗拉强度达503MPa，电导率为68.1％IACS，软化温度为385℃。国内引进德国的接触线材料也是铜镁合金，其强度和电导率也与上述值接近。
通过上述方法生产出的接触线的综合性能均未达到高速铁路用所需的接触线综合性能。随着我国经济的迅速发展，我国迎来了高速列车发展的关键时期，对于高强高导接触线材料有大量的需求。因此，研制出符合要求的高速铁路接触线是亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中所存在的问题，本发明公开一种铜银镁合金接触线及其制备方法，通过在阴极铜中加入银和镁两种金属元素，并经过一系列的加工后，制成同时具有高抗拉强度、高导电率和良好的高温抗软化性能的铜银镁合金接触线。
为实现上述目的，本发明一种铜银镁合金接触线各组分含量为(重量比)：0.05～0.15％的银和0.20～0.40％的镁，杂质总量不大于0.1％，余量为铜。
进一步，所述铜银镁合金接触线抗拉强度为503～580MPa，电导率为82～89％IACS，伸长率大于8％，软化温度大于495℃。
一种上述铜银镁合金接触线制备方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：按重量比称取铜、银、镁置于熔铜炉中熔炼温度为1250～1300℃，熔炼1～2h；
(2)精炼：对合金进行精炼除渣；
(3)连铸：精炼完成后将液态合金转入连铸保温炉；随后进行水平连续铸造拉坯，拉坯速度在270-360mm/min，铸造温度为1200～1280℃，得到
Figure BDA00002111769400021
的棒坯；
(4)固溶处理：对步骤(3)中所得到的棒坯进行固溶处理，处理温度为950±50℃，时间1～2h，保温后进行淬火；
(5)初步冷轧：对经过步骤(4)处理的所述棒坯进行变形量为35～55％的冷变形加工；
(6)时效处理：时效温度为450～550℃，保温时间1～2小时；
(7)冷轧：对经过步骤(6)处理的棒坯进行变形量为35～55％的冷变形加工，得到
Figure BDA00002111769400022
的圆杆坯；
(8)冷拉拔成型：根据所需接触线截面尺寸，对经过步骤(7)处理的圆杆坯进行4～6道次的孔型拉拔，得到设定直径的铜银镁合金接触线。
进一步，所述步骤(1)中的熔炼为大气熔炼。
进一步，在所述步骤(1)中，所述铜的纯度为99.95％，所述银以纯元素的形式加入，所述镁以铜镁中间合金的形式加入。
本发明根据铜自身的特性：具有很好的导电性和耐蚀性；并在铜中添加入银和镁两种金属构成铜银镁合金。经过在高纯度铜中合理添加合金元素，并通过熔炼-水平连铸-冷轧-时效处理-冷轧-冷拉成型工艺制造出的接触线不仅具有较高的强度，同时又不会降低铜的导电性，其抗拉强度可达503～580MPa，电导率可达82～89％IACS，伸长率大于8％，软化温度大于495℃。并且该铜银镁合金导线的工艺简单易行、成本较低、具有很好的经济效益。
具体实施方式
实施例1：
以铜为基体，向铜中加入的成分按总重量的百分比为0.05％的银、0.20％的镁，进行大气熔炼，并对合金熔液进行精炼除渣；熔炼温度为1280℃，熔炼2小时后，然后对合金进行除渣。其中，银以纯元素的形式加入，镁以含镁20％的铜镁中间合金的形式加入，铜的纯度要求为99.95％及以上，可为阴极铜或电解铜等。
对精炼除渣后的合金进行水平连续铸造，铸造温度1250℃。拉坯机采用拉-推-停-拉的拉坯工艺曲线进行拉坯，拉坯速度保持在280mm/min。同时采用适当的冷却水压，二次冷却距离，停/拉比，拉坯频率等。
合金材料经水平连铸获得
Figure BDA00002111769400031
铸坯，合金进行固溶处理，温度为980℃，时间为90min。随后对合金进行塑性变形，变形量为35～50％。
对冷轧变形后的合金进行时效处理，时效温度为500℃，保温90min。再继续进行变形量为35～50％的冷变形加工，得到
Figure BDA00002111769400032
的圆杆坯，根据接触线截面尺寸，经过4～6道次的孔型拉拔，得到高强高导铜银镁合金接触线。该接触线产品的抗拉强度可达503MPa，电导率可达82.6％IACS，伸长率可达8.1％，软化温度495℃。
实施例2：
以铜为基体，向铜中加入的成分按总重量的百分比为0.10％的银、0.30％的镁，进行大气熔炼，并对合金熔液进行精炼除渣，熔炼温度为1300℃，熔炼1.5小时后，然后对合金进行除渣。其中，铜的纯度要求为99.95％及以上，可为阴极铜或电解铜等，银以纯元素的形式加入，镁以含镁20％的铜镁中间合金的形式加入。
对精炼除渣后的合金进行水平连铸，铸造温度1280℃，拉坯机采用拉-推-停-拉的拉坯工艺曲线进行拉坯，拉坯速度保持在300mm/min。同时采用适当的冷却水压，二次冷却距离，停/拉比，拉坯频率等。
合金材料经水平连铸获得
Figure BDA00002111769400033
铸坯，合金进行固溶处理，温度为990℃，时间为60min。随后对合金进行塑性变形，变形量为35～50％。
对冷轧变形后的合金进行时效处理，时效温度为450℃，保温2h。再继续进行变形量为30～50％的冷变形加工，得到
Figure BDA00002111769400041
的圆杆坯，根据不同的接触线截面尺寸要求，经过4～6道次的孔型拉拔，得到高强高导铜银镁合金接触线。该接触线产品的抗拉强度可达540MPa，电导率可达88.5％IACS，伸长率可达9.3％，软化温度525℃。
实施例3：
以铜为基体，向铜中加入的成分按总重量的百分比为0.15％的银、0.20％的镁，进行大气熔炼，并对合金熔液进行精炼除渣，熔炼温度为1285℃，熔炼2小时后，然后对合金进行除渣。其中，铜的纯度要求为99.95％及以上，可为阴极铜或电解铜等，银以纯元素的形式加入，镁以铜镁中间合金的形式加入。
对精炼除渣后的合金进行水平连铸，铸造温度1240℃，拉坯机采用拉-推-停-拉的拉坯工艺曲线进行拉坯，拉坯速度保持在320mm/min，同时采用适当的冷却水压，二次冷却距离，停/拉比，拉坯频率等。
合金材料经水平连铸获得
Figure BDA00002111769400042
铸坯，合金进行固溶处理，温度为970℃，时间为120min。随后对合金进行塑性变形，变形量为35～45％。
对冷轧变形后的合金进行时效处理，时效温度为520℃，保温1.5h。再继续进行变形量为35～50％的冷变形加工，得到
Figure BDA00002111769400043
的圆杆坯，根据不同的接触线截面尺寸要求，经过4～6道次的孔型拉拔，得到高强高导铜银镁合金接触线。该接触线产品的抗拉强度可达525MPa，电导率可达86.6％IACS，伸长率可达9.8％， 软化温度520℃。
实施例4：
以铜为基体，向铜中加入的成分按总重量的百分比为0.15％的银、0.30％的镁，进行大气熔炼，并对合金熔液进行精炼除渣，熔炼温度为1300℃，熔炼1小时后，然后对合金进行除渣。其中，铜的纯度要求为99.95％及以上，可为阴极铜或电解铜等，银以纯元素的形式加入，镁以铜镁中间合金的形式加入。
对精炼除渣后的合金进行水平连铸，铸造温度1250℃，拉坯机采用拉-推-停-拉的拉坯工艺曲线进行拉坯，拉坯速度保持在340mm/min，同时采用适当的冷却水压，二次冷却距离，停/拉比，拉坯频率等。
合金材料经水平连铸获得
Figure BDA00002111769400051
铸坯，合金进行固溶处理，温度为950℃，时间为120min。随后对合金进行塑性变形，变形量为35～50％。
对冷轧变形后的合金进行时效处理，时效温度为500℃，保温1.5h。再继续进行变形量为35～50％的冷变形加工，得到
Figure BDA00002111769400052
的圆杆坯，根据不同的接触线截面尺寸要求，经过4～6道次的孔型拉拔，得到高强高导铜银镁合金接触线。该接触线产品的抗拉强度可达565MPa，电导率可达85.4％IACS，伸长率可达8.7％，软化温度536℃。
实施例5：
以铜为基体，向铜中加入的成分按总重量的百分比为0.15％的银、0.40％的镁，进行大气熔炼，并对合金熔液进行精炼除渣，熔炼温度为1280℃，熔炼1.5小时后，然后对合金进行除渣。其中，铜的纯度要求为99.95％及以上，可为阴极铜或电解铜等，银以纯元素的形式加入，镁以铜镁中间合金的形式加入。
对精炼除渣后的合金进行水平连铸，铸造温度1230℃，拉坯机采用拉-推-停-拉的拉坯工艺曲线进行拉坯，拉坯速度保持在310mm/min，同时采用适当的冷却水压，二次冷却距离，停/拉比，拉坯频率等。
合金材料经水平连铸获得
Figure BDA00002111769400053
铸坯，合金进行固溶处理，温度为980℃，时间为100min。随后对合金进行塑性变形，变形量为40～55％。
对冷轧变形后的合金进行时效处理，时效温度为460℃，保温2h。再继续进行变形量为35～55％的冷变形加工，得到
Figure BDA00002111769400054
的圆杆坯，根据不同的接触线截面尺寸要求，经过4～6道次的孔型拉拔，得到高强高导铜银镁合金接触线。该接触线产品的抗拉强度可达580MPa，电导率可达84.8％IACS，伸长率可达8.2％，软化温度545℃。
表1本发明的合金化学成分及性能指标
Figure BDA00002111769400055
本发明通过高纯度铜中同时添加银和镁两种合金元素，镁元素可增加合金的强度；银元素既可强化合金，又不会降低合金的导电性能，两者综合作用，在经过大气熔炼后所得到的合金铸锭成分均匀，晶粒细小；再通过水平连铸和冷轧加工能够实现该类合金大长度线材的生产。通过本发明所公开的方法制备的铜银镁合金接触线，具有良好的电导率、耐磨性、耐腐蚀性和高温抗软化性能，克服了高强度高导电相互矛盾的缺陷，其综合性能完全满足高速铁路接触线的性能要求。

Claims (3)

1.一种铜银镁合金接触线制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼：按重量比称取铜、银、镁置于熔铜炉中熔炼温度为1250～1300℃，熔炼 1～2h；
（2）精炼：对合金进行精炼除渣；
（3）连铸：精炼完成后将液态合金转入连铸保温炉；随后进行水平连续铸造拉坯，拉坯速度在 270-360mm/min，铸造温度为 1200～1280℃，得到 φ30～45mm 的棒坯；
（4）固溶处理：对步骤（3）中所得到的棒坯进行固溶处理，处理温度为 950±50℃，时间 1～2h，保温后进行淬火；
（5）初步冷轧：对经过步骤（4）处理的所述棒坯进行变形量为35～55%的冷变形加工；
（6）时效处理：时效温度为 450～550℃，保温时间 1～2 小时；
（7）冷轧：对经过步骤（6）处理的棒坯进行变形量为 35～55%的冷变形加工，得到 φ16～18mm 的圆杆坯；
（8）冷拉拔成型：根据所需接触线截面尺寸，对经过步骤（7）处理的圆杆坯进行 4～6 道次的孔型拉拔，得到设定直径的铜银镁合金接触线。
2.根据权利要求 1所述制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的熔炼为大气熔炼。
3.根据权利要求 1所述制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述铜的纯度为 99.95%，所述银以纯元素的形式加入，所述镁以铜镁中间合金的形式加入。
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