CN104051053A - 高强度高导电性铜锡合金接触线及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度高导电性铜锡合金接触线及其制备方法，所述铜锡合金接触线中的铜含量≥99.50%重量百分比，氧含量≤0.001%重量百分比，锡含量为0.38~0.40%重量百分比，碲含量为0.04%重量百分比，镧含量为0.003~0.004%重量百分比，余量为不可避免的杂质，所述方法包括以下步骤：将阴极铜锡合金和碲、镧稀土元素置于真空熔炼炉中，加热形成铜锡合金液，在铜锡合金液表面覆木炭层；将中空结晶器直接伸入铜液内，结晶器采用水隔套冷却，用牵伸机构牵伸制作成铜锡合金杆，将铜锡合金杆置于挤压机内连续挤压成坯料；将坯料置于拉拔机上冷拔成型，制成铜锡合金接触线。本发明制成的铜锡合金接触线既能满足高强度要求，又能提高其导电性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高速电气化铁道接触网的高强度高导电性铜锡合金接触线及其制备方法，属电工合金材料技术领域。
背景技术
接触线是电气化铁路接触网的关键材料，要求具有足够的抗拉强度、耐磨性、热稳定性来承受其悬挂张力，以保证电气化铁路机车获得良好的取流。
现今，我国电气化铁路建设已经进入了一个高速发展时期，对时速为250公里、350公里及以上的高速铁路建设技术已经成熟，但国外如韩国已有时速为400公里的高速电气化铁路在运用，这对电气化铁道接触网中的接触线提出了更高的要求，要求接触线的材质不仅要具有良好的导电性，以满足高速电力机车大电流载荷的要求，而且要求具备较高的抗拉强度来适应机车高速运用时对其的冲击和摩擦。
目前，国内用于满足电气化铁道接触网用铜合金接触线主要为铜镁合金接触线和铜锡合金接触线，铜镁合金接触线生产工艺复杂，成本高、批量小，铜锡合金接触线对铜镁合金进行了的改进。国内时速为350公里及以上的高速铁路用接触线的抗拉强度达500MPa，导电率为62%IACS。但随着电气化铁道时速的提升，如果抗拉强度和导电性不能进一步得到提高，将会对电气化铁路建设技术造成停滞。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种高强度高导电性铜锡合金接触线及其制备方法，可以进一步提高接触线的抗拉强度和导电性能，以满足更高时速的电气化铁道建设。
本发明的目的是这样实现的：一种高强度高导电性铜锡合金接触线及其制备方法，所述铜锡合金接触线中的铜含量≥99.50%重量百分比，氧含量≤0.001%重量百分比，锡含量为0.38~0.40%重量百分比，碲含量为0.04%重量百分比，镧含量为0.003~0.004%重量百分比，余量为不可避免的杂质。然后采用挤压、轧制、冷拉成型的技术制造成规定规格的铜锡合金接触线。
所述方法包括以下工艺步骤：
步骤一、熔炼
将阴极铜锡合金和碲、镧稀土元素按配比置于真空熔炼炉中，加热至1150～1200℃形成铜锡合金液，在铜锡合金液表面覆木炭层，使铜锡合金液始终与氧隔离；
步骤二、上引连铸
将石墨结晶器直接伸入铜锡合金液内，铜锡合金液表面采用木炭隔氧，石墨结晶器采用水隔套冷却，铜锡合金液在石墨结晶器内凝结成固体，固体上端用牵伸机构牵伸制作成铜锡合金杆，牵引速度为30-40cm/min；
步骤三、连续挤压
将步骤二所得铜锡合金杆置于挤压机内连续挤压成坯料，挤压机的挤压腔体体积为45-55cm3,挤压机的工作压力为800-1000Mpa；
步骤四、轧制
将步骤三所得的铜锡合金杆胚料进行轧制，使得合金杆的直径满足工艺要求；
步骤五、冷拔成型
将步骤四轧制后的坯料置于拉拔机上进行冷拔成型，制成铜锡合金接触线，采用多模拉拔时每模的压缩比为15-25%。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
一、本发明采用添加微量的碲和镧稀土元素对铜进行复核强化和净化材质，是提高材料强度和韧性的基础，同时让产品的软化强度和导电性能在原有的基础上进一步提高，产品强度≥540MPa，电阻率≤0.02360Ωmm2/m(20℃) (转化成导电率为≥73%IACS)；
二、本发明在生产过程中将挤压机的挤压腔体体积由原来的31.5cm3扩大至45-55cm3，增大了材料在挤压过程中的搅拌频次，使得杆坯铸态的粗大晶粒被破坏，改变成大量的细小晶核，完成再结晶改造，提高了产品的强度韧性和导电性。
具体实施方式
本发明涉及一种高强度高导电性铜锡合金接触线及其制备方法，所述铜锡合金接触线中的铜含量≥99.50%重量百分比，氧含量≤0.001%重量百分比，锡含量为0.38~0.40%重量百分比，碲含量为0.04%重量百分比，镧含量为0.003~0.004%重量百分比，余量为不可避免的杂质。
碲在一般状况下有两种同素异形体，一种是晶体的碲，具有金属光泽，银白色，性脆，是与锑相似的；另一种是无定形粉末状，呈暗灰色。密度中等（6.240 g/cm3），熔、沸点较低（熔点449.6 ℃、沸点989.9 ℃)。它是一种非金属元素，可它却有十分良好的传热和导电本领。在所有的非金属同伴中，它的金属性是最强的，加入到合金材料中可提高材料的耐蚀性、耐磨性和强度。
镧系元素通常是银白色有光泽的金属，比较软，有延展性并具有顺磁性。镧系元素的化学性质比较活泼，与其他金属元素熔炼时易改变结晶相，同时可起到净化隔离杂质的作用，提高导电性能。
实施例1：
步骤一、熔炼
取阴极铜锡合金，其中铜99.50kg，锡0.38kg，加入到真空熔炼炉中，再取碲0.04kg，镧0.004kg置于真空熔炼炉中，加热至1150℃形成铜锡合金液，在铜锡合金液表面覆木炭层，使铜锡合金液始终与氧隔离；
步骤二、上引连铸
将石墨结晶器直接伸入铜锡合金液内，在铜锡合金液表面采用木炭隔氧，石墨结晶器采用水隔套冷却，铜锡合金液在石墨结晶器内凝结成固体，固体上端用牵伸机构牵伸制作成铜锡合金杆，牵引速度为40cm/min；
步骤三、连续挤压
将步骤二所得铜锡合金杆置于挤压机内连续挤压成坯料，挤压机中的挤压腔体面积为50cm3，挤压机的压力为1000Mpa；
步骤四、轧制
将步骤三所得的铜锡合金杆胚料进行轧制，使得合金杆的直径满足工艺要求；
步骤五、冷拔成型
将步骤四轧制后的坯料置于拉拔机上进行冷拔成型，制成铜锡合金接触线，采用多模拉拔时每模的压缩比为15-25%。
经检测，由上述方法制成的铜锡合接触线的抗拉强度为540MPa，电阻率(20℃)为0.02360Ω.m2/m(转化为导电率为73%IACS)，伸长率＞3%，反复弯曲＞6次(断开)。
Claims (1)
1.一种高强度高导电性铜锡合金接触线及其制备方法，所述铜锡合金接触线中的铜含量≥99.50%重量百分比，氧含量≤0.001%重量百分比，锡含量为0.38~0.40%重量百分比，碲含量为0.04%重量百分比，镧含量为0.003~0.004%重量百分比，余量为不可避免的杂质；
所述方法包括以下工艺步骤：
步骤一、熔炼
将阴极铜锡合金和碲、镧稀土元素按配比置于真空熔炼炉中，加热至1150～1200℃形成铜锡合金液，在铜锡合金液表面覆木炭层；
步骤二、上引连铸
将石墨结晶器直接伸入铜锡合金液内，铜锡合金液表面采用木炭隔氧，石墨结晶器采用水隔套冷却，铜锡合金液在石墨结晶器内凝结成固体，固体上端用牵伸机构牵伸制作成铜锡合金杆，牵引速度为30-40cm/min；
步骤三、连续挤压
将步骤二所得铜锡合金杆置于挤压机内连续挤压成坯料，挤压机的挤压腔体体积为45-55cm3，挤压机的工作压力为800-1000Mpa；
步骤四、轧制
将步骤三所得的铜锡合金杆胚料进行轧制；
步骤五、冷拔成型
将步骤四轧制后的坯料置于拉拔机上进行冷拔成型，制成铜锡合金接触线，拉拔时的压缩比为15-25%。
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