CN103606479B - 一种铜铬合金的挤压加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜铬合金触头材料的加工方法，尤其涉及铜铬合金的挤压加工，提供一种在室温条件下将熔渗法、熔铸法或真空电弧熔炼法CuCr锭（铬含量：25%-50%质量分数）挤压加工成小规格棒料，变形均匀并能显著改善CuCr组织性能，以实现小规格CuCr触头的制造，满足真空接触器等小功率真空开关的使用要求。

Description

一种铜铬合金的挤压加工方法

技术领域

本发明涉及一种铜铬合金触头材料的加工方法，尤其涉及铜铬合金的挤压加工，该方法是在室温下进行的挤压。

背景技术

铜铬（CuCr，铬含量：25%-50%质量分数，如铬含量在50%质量分数以CuCr（50）表示）材料（以下以CuCr代替铜铬）具有耐电压强度高、开断电流能力大、截流值低、抗熔焊性能好等特性，广泛应用于真空断路器中，是目前主要的真空断路器用触头材料，也是真空开关首选的触头材料。现有技术中，CuCr触头材料制备工艺主要有固相烧结法、熔渗法、熔铸法和真空电弧熔炼法四种，其中固相烧结法成本最低但性能也最差，熔渗法和熔铸法制造的CuCr触头材料性能较好，真空电弧熔炼法制造的CuCr触头材料性能最好。

到目前，虽然CuCr触头材料性能优异，但基本上仅应用于电功率较大的真空断路器上，在小功率真空开关上，如真空接触器，还未得到应用，原因是：

1）小功率真空开关用触头规格较小（一般小于34mm），比真空断路器用的触头规格小得多，真空接触器的电寿命要求高，因此对触头性能要求也高；

2）固相烧结法CuCr触头虽然易于制成小规格的触头，但因其性能低而不能满足真空接触器等开关的使用要求；

3）熔渗法CuCr材料虽然可以通过单片压制和熔渗加工成小规格触头，但材料利用率和生产效率低，制造成本高而得不到应用；

4）熔渗法、熔铸法或真空电弧熔炼法CuCr锭虽然可以通过传统的热锻造方法加工成小规格触头，但由于Cu-Cr固态下基本不互溶，Cu-Cr相界面结合很弱，材料塑性差，热锻变形时极易开裂，导致成材率低制造成本高而得不到应用。

国内硕士学位论文《Cu-Cr-Zr和Cu-(30%-50%)Cr材料塑性变形及组织性能研究》提及了CuCr的热挤压加工方法，但也只限于实验阶段，目前国内仍未能采取热挤压加工方法生产CuCr触头。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种在室温条件下将熔渗法、熔铸法或真空电弧熔炼法CuCr锭（铬含量：25%-50%质量分数）挤压加工成小规格棒料，变形均匀并能显著改善CuCr组织性能，以实现小规格CuCr触头的制造，满足真空接触器等小功率真空开关的使用要求。

本发明涉及CuCr合金的挤压加工方法，其特征在于包括以下步骤：

1)制备铬含量在25%-50%的铜铬合金锭；

2)对锭子进行表面处理：去除锭子表面夹渣与污垢；

3)使用铜质材料紧密包覆锭子圆柱面连同其中一个端面；

4）在铜质材料外均匀涂抹一层润滑剂；

5）室温下用挤压机将上述CuCr合金锭挤压成所需的小直径棒料，挤压时将锭子按端面包覆有铜质材料的一端朝向挤压模的方向放入挤压筒进行挤压，挤压模采用锥模。

本发明所述CuCr合金的挤压加工方法，

步骤1）中，制备铬含量在25%-50%的铜铬合金锭，目前主要使用熔渗法、熔铸法或电弧熔炼法制备，但也可包括其他方法；

步骤2）中，需要对锭子进行表面处理，锭子表层凹凸不平、有较硬的夹渣，这些硬夹渣对挤压不利，易损伤挤压模，易形成裂纹源，所以要去除，一般是对锭子表面车光，但也可包括其他处理方法以达到去除锭子表面夹渣与污垢目的；

步骤3）中，铜质材料包括铜皮、铜板或铜管等，所用铜质材料的厚度为0.40mm-0.75mm时效果较好，硬度为HB75-130时效果较好，由于CuCr合金Cr含量高，Cr是其中的金属硬质相，硬度非常高，极易损坏挤压模，降低挤压模的寿命，使用铜质材料可将挤压模与CuCr合金锭隔开，挤压时锭子朝向挤压模的端面需要包覆Cu，而后端不需要，可以节约Cu材；

步骤4）中，润滑剂厚度为0.2mm-0.4mm时效果较好，润滑剂可以用一般的润滑剂，但最好使用由45号机油、石墨粉或二硫化钼粉、硬脂酸锌组成，其质量百分比为：60-70:36-24:4-6，润滑剂的作用是，降低挤压过程中挤压料与挤压模间的摩擦系数，从而降低总挤压力；

步骤5）中，在挤压时只要将锭子按端面包覆有Cu的一端朝向挤压模的方向放入挤压筒进行挤压，这样可以保护挤压模具，提高挤压模具寿命，同时可以降低挤压过程挤压料与挤压模间的摩擦系数，从而降低总挤压力，锥模的锥角的大小，2α为65°-75°，定径带长度为1mm-5mm；挤压比为3-5，挤出速度为10mm/s-30mm/s。

采用本发明的CuCr合金的挤压加工方法，与现有技术相比，本发明的优点：

1）解决了小规格（34mm以下）高性能CuCr触头制造的技术问题；

2）与常规的冷挤压（比如钢材）相比，锭子不需要化学（如磷化皂化）处理，工艺简便，避免了对环境的污染；

3）使用了本发明方法中的润滑剂，挤压出的棒料表面光滑，无裂纹，成材率高，挤压压力小；

4）挤压后的CuCr材料硬度提高40%以上，挤压前CuCr材料硬度HB120以下，挤压后CuCr材料硬度HB170以上；

5）CuCr组织中的Cr相沿挤压方向呈纤维状排列，提高了触头材料的耐电腐蚀性能，应用于真空接触器上可以大幅提高接触器的电寿命；

6）本方法可以提高触头成材率，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例2挤压后的CuCr金相组织。

图2为本发明实施例2挤压前的CuCr金相组织。

具体实施方式

下面以实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1：

1）使用熔铸法制取76mm×160mmCuCr（25）合金锭；

2）对锭子表面进行车光处理，去除表面熔渣后得到69mm×130mmCuCr（25）合金锭；

3）使用厚度为0.40mm硬度为HB75的铜板紧密包覆锭子圆柱面连同一个端面，使用氩弧焊将交接处的铜板焊接固；

4）在铜板外均匀涂抹一层厚度约0.4mm润滑剂，润滑剂由45号机油、石墨粉、硬脂酸锌组成，其质量百分比为：70:24:6；

5）将锭子按端面包覆有铜板的一端朝向挤压模的方向放入800T挤压机上进行挤压，挤压模采用锥模，其中挤压筒内径71mm，挤压模定径孔32mm，即挤压比为5，锥角2α为75°，定径带长度为3mm，挤出速度30mm/s，挤压后可制得32mm×500mmCuCr（25）棒料。

实施例2：

1）使用电弧熔炼法制取76mm×160mmCuCr（40）合金锭；

2）对锭子表面进行车光处理，去除表面熔渣后得到69mm×130mmCuCr（40）合金锭；

3）使用厚度为0.50mm硬度为HB130的铜皮紧密包覆锭子圆柱面连同一个端面，使用氩弧焊将交接处的铜皮焊接固；

4）在铜皮外均匀涂抹一层厚度约0.3mm润滑剂，润滑剂由45号机油、二硫化钼粉、硬脂酸锌组成，其质量百分比为：60:36:4；

5）将锭子按端面包覆有铜皮的一端朝向挤压模的方向放入800T挤压机上进行挤压，挤压模采用锥模，其中挤压筒内径71mm，挤压模定径孔35mm，即挤压比为4，锥角2α为70°，定径带长度为1mm，挤出速度15mm/s。挤压后可制得35mm×450mmCuCr（40）棒料。

实施例3：

1）使用熔渗法制取72mm×140mmCuCr（50）合金锭；

2）对锭子表面进行车光处理，去除表面熔渣后得到64mm×110mmCuCr（50）合金锭；

3）使用厚度为0.75mm硬度为HB100的铜管紧密包覆锭子圆柱面连同一个端面，使用氩弧焊将交接处的铜管焊接固；

4）在铜管外均匀涂抹一层厚度约0.2mm润滑剂，润滑剂由45号机油、石墨粉、硬脂酸锌组成，其质量百分比为：65:30:5；

5）将锭子按端面包覆有铜管的一端朝向挤压模的方向放入800T挤压机上进行挤压，挤压模采用锥模，其中挤压筒内径挤压模定径孔即挤压比为3.5，锥角2α为65°，定径带长度为5mm，挤出速度10mm/s。挤压后可制得35mm×300mmCuCr（50）棒料。

Claims (5)

1.一种铜铬合金的挤压加工方法，包括下述步骤:

1)制备铬含量在25％-50％的铜铬合金锭；

2)对锭子进行表面处理：去除锭子表面夹渣与污垢；

3)使用铜质材料紧密包覆锭子圆柱面连同其中一个端面；

4)在铜质材料外均匀涂抹一层润滑剂；

5)室温下用挤压机将铜铬合金锭挤压成所需的小直径棒料，挤压时将锭子按端面包覆有铜质材料的一端朝向挤压模的方向放入挤压筒进行挤压，挤压模采用锥模。

2.根据权利要求1所述的铜铬合金的挤压加工方法，其特征在于：步骤3)中，铜质材料包括铜皮、铜板或铜管。

3.根据权利要求1所述的铜铬合金的挤压加工方法，其特征在于：步骤3)中，所用铜质材料的厚度为0.40mm-0.75mm，硬度为HB75-130。

4.根据权利要求1所述的铜铬合金的挤压加工方法，其特征在于：步骤4)中，其中润滑剂厚度为0.2mm-0.4mm，润滑剂由45号机油、石墨粉或二硫化钼粉、硬脂酸锌组成，其质量百分比为：60-70:36-24:4-6。

5.根据权利要求1所述的铜铬合金的挤压加工方法，其特征在于：步骤5)中，锥模锥角的大小2α为65°-75°，定径带长度为1mm-5mm；挤压比为3-5，挤出速度为10mm/s-30mm/s。