CN104451243B - 一种高铁牵引电机用导电材料及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高铁牵引电机用导电材料及其生产方法，材料的化学成分为铬0.60～1.0%、钴0.02～0.30%、镍0.02～0.30%、锡0.02～0.30%、硅0.02～0.30%、锰0.02～0.30%、稀土元素0.02～0.20%；铜、铬、钴、镍、锡、硅、稀土元素总含量不小于99.99%。本发明的材料具有高强度、高导电性等特点，其中抗拉强度大于550MPa，延伸率大于15%，导电率70～80%IACS，满足高铁牵引电机的使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电材料及其生产方法，尤其涉及一种高铁牵引电机用导电铜合金材料及其生产方法。
背景技术
导电性是铜及铜合金最重要的一种特质，这种特质决定了铜及铜合金材料具有较高的性价比。因而，成为所有导电用途金属材料中应用最广泛的一类，其中牵引电机用导电铜合金型材产品在此类材料中占有重要的位置，普遍应用于交通运输行业部门各种牵引电机。近年来，我国轨道交通事业飞速发展，高速列车的运营速度已经达到300km/h以上，高速列车、地铁列车和轻轨列车用大功率牵引电机对导电铜合金的性能要求越来越高。
由于牵引电机的运行，转子处于高速运转状态，随着电机功率的提高和转速的加快，转子的发热会越严重，所以做为转子的部件之一的导电材料需要具有优异的高温抗软化及抗氧化性能、稳定的高温性能和电性能。目前应用于高速转子的导电材料主要有铜铬锆和H90Cr等，如ZL99101984.9、ZL201010181509.2、CN200710020296.3、CN201110380628.5、CN200710069551.3等。但是铜铬锆材料在高温条件下，容易出现中温回火脆性现象，影响电机的使用寿命。而H90Cr材料的高温、低温条件下的强度均存在不足，不能完全满足高速列车牵引电机的要求。
发明内容
针对现有技术的上述技术问题,本发明的目的是提供一种性能优异、应用于高速列车用大功率牵引电机的导电材料及其生产方法。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高铁牵引电机用导电材料，按重量百分比计，由以下组分组成：
铜、铬、钴、镍、锡、硅、氧、锰、稀土元素和杂质；
所述铬0.60～1.0%、钴0.02～0.30%、镍0.02～0.30%、锡0.02～0.30%、硅0.02～0.30%、锰0.02～0.30%、稀土元素0.02～0.20%；
所述杂质含量不大于0.01%，所述氧含量不大于5ppm，所述钴、镍、锡、硅和锰总和不大于0.50%，所述铜、铬、钴、镍、锡、硅、锰和稀土元素总含量不小于99.99%。
一种高铁牵引电机用导电材料的生产方法，包括以下步骤：配料、真空熔炼、热挤压、固溶、冷加工和分级时效，所制备的高铁牵引电机用导电材料在350℃时，抗拉强度大于350MPa、延伸率大于12%。
优选的，所制得的高铁牵引电机用导电材料的抗拉强度大于500MPa，延伸率大于15%，导电率70-80%IACS。
所述的熔炼温度为1250℃-1300℃，1250℃-1290℃时浇注铸锭；在960-980℃温度下进行热挤压，挤压比控制在80-85%；所述固溶温度为965℃-975℃，时间控制在1-1.5h；所述冷加工变形率为35-58%；采用双级时效，所述双级时效工艺为：温度410℃-420℃，时间0.5-1.5h和温度460℃-470℃，时间0.5-1.5h。
本发明的高铁牵引电机用导电材料具有高强度、高导电性、高软化温度、耐磨性等特点，抗拉强度大于500MPa，延伸率大于15%，导电率70-80%IACS；350℃时，抗拉强度大于350MPa，延伸率大于12%，满足高铁牵引电机的使用要求。
本发明的高铁牵引电机用导电材料包含铬、钴、镍、锡、硅、锰等元素，通过合理的成分优化，并经过热挤压、固溶处理、双级时效等工艺，发挥了各个元素的特点，获得了优异性能的材料。
本发明中的铬通过时效析出强化提高材料的强度，同时还可以提高材料的软化温度，而对材料的导电性影响较小。钴通过固溶强化提高材料的强度和机械性能，但是含量高则影响材料的加工塑性。镍通过提高材料的耐磨性与强度。锡可以提高铜的软化温度，对铜的加工性能没有影响。硅可以提高材料力学性能、耐蚀、耐磨。锰属于高熔点合金元素，可以通过固溶强化提高铜合金强度和硬度，其与硅结合生成Mn5Si3，从而提高合金耐磨性。稀土元素对铜力学性能有益，而对导电率影响不大，稀土元素可与铜中的杂质铅、铋等形成高熔点化合物，细化晶粒，提高铜的韧性。控制氧含量，避免氧与其他元素生产化合物，影响材料的性能。
本发明高铁牵引电机用导电材料的生产工艺简单，成本较低。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例
1
本发明的高铁牵引电机用导电材料，其组成及其重量百分比为铬0.70～0.9%、钴0.05～0.20%、镍0.05～0.20%、锡0.05～0.20%、硅0.05～0.20%、锰0.05～0.20%、稀土元素0.05～0.10%；不可避免的杂质含量不大于0.01%，氧含量不大于5ppm，钴、镍、锡、硅、锰五元素总和不大于0.50%，铜、铬、钴、镍、锡、硅、稀土元素总含量不小于99.99%。
本发明的高铁牵引电机用导电材料的生产方法是：配料—真空熔炼—热挤压—固溶—冷加工—分级时效。
按照合金的化学组成进行配料，在真空炉中进行熔炼，熔炼温度为1300℃，1290℃时浇注铸锭。在980℃温度下进行热挤压，挤压比控制在85%。固溶温度为970℃，时间控制在1h。冷加工变形率为55%。采用双级时效，双级时效工艺为：温度420℃时间1h和温度460℃时间1h。
本发明的高铁牵引电机用导电材料，抗拉强度大于500MPa，延伸率大于15%，导电率70~80%IACS，350℃时，抗拉强度大于350MPa，延伸率大于12%，满足高铁牵引电机的使用要求。
实施例
2
本发明的高铁牵引电机用导电材料，其组成及其重量百分比为铬1.0%、钴0.3%、镍0.3%、锡0.3%、硅0.3%、锰0.3%、稀土元素0.2%；不可避免的杂质含量不大于0.01%，氧含量不大于5ppm，钴、镍、锡、硅、锰五元素总和不大于0.50%，铜、铬、钴、镍、锡、硅、稀土元素总含量不小于99.99%。
本发明的高铁牵引电机用导电材料的生产方法是：配料—真空熔炼—热挤压—固溶—冷加工—分级时效。
按照合金的化学组成进行配料，在真空炉中进行熔炼，熔炼温度为1250℃，1250℃时浇注铸锭。在960℃温度下进行热挤压，挤压比控制在80%。固溶温度为975℃，时间控制在1.5h。冷加工变形率为58%。采用双级时效，双级时效工艺为：温度410℃时间1.5h和温度470℃时间1.5h。
本发明的高铁牵引电机用导电材料，抗拉强度大于500MPa，延伸率大于15%，导电率70~80%IACS，350℃时，抗拉强度大于350MPa，延伸率大于12%，满足高铁牵引电机的使用要求。
实施例
3
本发明的高铁牵引电机用导电材料，其组成及其重量百分比为铬0.6%、钴0.02%、镍0.02%、锡0.02%、硅0.02%、锰0.02%、稀土元素0.02%；不可避免的杂质含量不大于0.01%，氧含量不大于5ppm，钴、镍、锡、硅、锰五元素总和不大于0.50%，铜、铬、钴、镍、锡、硅、稀土元素总含量不小于99.99%。
本发明的高铁牵引电机用导电材料的生产方法是：配料—真空熔炼—热挤压—固溶—冷加工—分级时效。
按照合金的化学组成进行配料，在真空炉中进行熔炼，熔炼温度为1275℃，1270℃时浇注铸锭。在970℃温度下进行热挤压，挤压比控制在82.5%。固溶温度为965℃，时间控制在1.25h。冷加工变形率为35%。采用双级时效，双级时效工艺为：温度400℃时间0.5h和温度465℃时间0.5h。
本发明的高铁牵引电机用导电材料，抗拉强度大于500MPa，延伸率大于15%，导电率70~80%IACS，350℃时，抗拉强度大于350MPa，延伸率大于12%，满足高铁牵引电机的使用要求。
实施例
4
本发明的高铁牵引电机用导电材料，其组成及其重量百分比为铬0.8%、钴0.125%、镍0.125%、锡0.125%、硅0.125%、锰0.125%、稀土元素0.075%；不可避免的杂质含量不大于0.01%，氧含量不大于5ppm，钴、镍、锡、硅、锰五元素总和不大于0.50%，铜、铬、钴、镍、锡、硅、稀土元素总含量不小于99.99%。
本发明的高铁牵引电机用导电材料的生产方法是：配料—真空熔炼—热挤压—固溶—冷加工—分级时效。
按照合金的化学组成进行配料，在真空炉中进行熔炼，熔炼温度为1300℃，1290℃时浇注铸锭。在980℃温度下进行热挤压，挤压比控制在85%。固溶温度为970℃，时间控制在1h。冷加工变形率为55%。采用双级时效，双级时效工艺为：温度420℃时间1h和温度460℃时间1h。
本发明的高铁牵引电机用导电材料，抗拉强度大于500MPa，延伸率大于15%，导电率70~80%IACS，350℃时，抗拉强度大于350MPa，延伸率大于12%，满足高铁牵引电机的使用要求。
实施例
5
本发明的高铁牵引电机用导电材料，其组成及其重量百分比为铬0.70%、钴0.05%、镍0.05%、锡0.05%、硅0.05%、锰0.05%、稀土元素0.05%；不可避免的杂质含量不大于0.01%，氧含量不大于5ppm，钴、镍、锡、硅、锰五元素总和不大于0.50%，铜、铬、钴、镍、锡、硅、稀土元素总含量不小于99.99%。
本发明的高铁牵引电机用导电材料的生产方法是：配料—真空熔炼—热挤压—固溶—冷加工—分级时效。
按照合金的化学组成进行配料，在真空炉中进行熔炼，熔炼温度为1300℃，1290℃时浇注铸锭。在980℃温度下进行热挤压，挤压比控制在85%。固溶温度为970℃，时间控制在1h。冷加工变形率为55%。采用双级时效，双级时效工艺为：温度420℃时间1h和温度460℃时间1h。
本发明的高铁牵引电机用导电材料，抗拉强度大于500MPa，延伸率大于15%，导电率70~80%IACS，350℃时，抗拉强度大于350MPa，延伸率大于12%，满足高铁牵引电机的使用要求。
实施例
6
本发明的高铁牵引电机用导电材料，其组成及其重量百分比为铬0.9%、钴0.20%、镍0.20%、锡0.20%、硅0.20%、锰0.20%、稀土元素0.10%；不可避免的杂质含量不大于0.01%，氧含量不大于5ppm，钴、镍、锡、硅、锰五元素总和不大于0.50%，铜、铬、钴、镍、锡、硅、稀土元素总含量不小于99.99%。
本发明的高铁牵引电机用导电材料的生产方法是：配料—真空熔炼—热挤压—固溶—冷加工—分级时效。
按照合金的化学组成进行配料，在真空炉中进行熔炼，熔炼温度为1300℃，1290℃时浇注铸锭。在980℃温度下进行热挤压，挤压比控制在85%。固溶温度为970℃，时间控制在1h。冷加工变形率为55%。采用双级时效，双级时效工艺为：温度420℃时间1h和温度460℃时间1h。
本发明的高铁牵引电机用导电材料，抗拉强度大于500MPa，延伸率大于15%，导电率70~80%IACS，350℃时，抗拉强度大于350MPa，延伸率大于12%，满足高铁牵引电机的使用要求。
本发明的高铁牵引电机用导电材料具有高强度、高导电性、高软化温度、耐磨性等特点，抗拉强度大于500MPa，延伸率大于15%，导电率70-80%IACS；350℃时，抗拉强度大于350MPa，延伸率大于12%，满足高铁牵引电机的使用要求。
本发明的高铁牵引电机用导电材料包含铬、钴、镍、锡、硅、锰等元素，通过合理的成分优化，并经过热挤压、固溶处理、双级时效等工艺，发挥了各个元素的特点，获得了优异性能的材料。
本发明中的铬通过时效析出强化提高材料的强度，同时还可以提高材料的软化温度，而对材料的导电性影响较小。钴通过固溶强化提高材料的强度和机械性能，但是含量高则影响材料的加工塑性。镍通过提高材料的耐磨性与强度。锡可以提高铜的软化温度，对铜的加工性能没有影响。硅可以提高材料力学性能、耐蚀、耐磨。锰属于高熔点合金元素，可以通过固溶强化提高铜合金强度和硬度，其与硅结合生成Mn5Si3，从而提高合金耐磨性。稀土元素对铜力学性能有益，而对导电率影响不大，稀土元素可与铜中的杂质铅、铋等形成高熔点化合物，细化晶粒，提高铜的韧性。控制氧含量，避免氧与其他元素生产化合物，影响材料的性能。
本发明高铁牵引电机用导电材料的生产工艺简单，成本较低。
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种高铁牵引电机用导电材料，其特征在于按重量百分比计，由以下组分组成：
铜、铬、钴、镍、锡、硅、氧、锰、稀土元素和杂质；
所述铬0.60～1.0%、钴0.02～0.30%、镍0.02～0.30%、锡0.02～0.30%、硅0.02～0.30%、锰0.02～0.30%、稀土元素0.02～0.20%；
所述杂质含量不大于0.01%，所述氧含量不大于5ppm，所述钴、镍、锡、硅和锰总和不大于0.50%，所述铜、铬、钴、镍、锡、硅、锰和稀土元素总含量不小于99.99%；
所述高铁牵引电机用导电材料的生产方法包括以下步骤：配料、真空熔炼、热挤压、固溶、冷加工和分级时效，所制备的高铁牵引电机用导电材料在350℃时，抗拉强度大于350MPa，延伸率大于12%。
2.如权利要求1所述高铁牵引电机用导电材料，其特征在于：所述的熔炼温度为1250℃～1300℃，1250℃～1290℃时浇注铸锭；在960～980℃温度下进行热挤压，挤压比控制在80～85%；所述固溶温度为965℃～975℃，时间控制在1～1.5h；所述冷加工变形率为35～58%；采用双级时效，所述双级时效工艺为：温度410℃～420℃，时间0.5～1.5h和温度460℃～470℃，时间0.5～1.5h。
3.如权利要求1所述高铁牵引电机用导电材料，其特征在于：所制得的高铁牵引电机用导电材料的抗拉强度大于500MPa，延伸率大于15%，导电率70～80%IACS。
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