CN106676318B - 一种异步牵引电机转子导条用含锆黄铜材料及其制备方法 - Google Patents

一种异步牵引电机转子导条用含锆黄铜材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种异步牵引电机转子导条用含锆黄铜材料制备方法，属于电机转子导电材料制造技术。所述材料的化学组成及其重量百分比为：Cu：89％‑91％，Zr：0.03‑0.15％；Zn余量。制备方法为：根据各元素的配比及其特定的加入方式进行熔炼，并浇注获得所需规格的铸锭，将铸锭进行热挤压、冷拉拔和去应力退火处理。本发明的铜合金导条具有较高的强度和稳定的电阻率，同时弥散的Zr析出相可以显著细化晶粒同时提高材料的高温性能，350℃时Rm≥310MPa，A≥10％。可以满足异步牵引电动机转速高、工作温度高、稳定性好的要求，特别是能够满足350℃下抗软化性能好的要求。同时，该发明制备工艺简单，节能降耗，降低制造成本。

Description

一种异步牵引电机转子导条用含锆黄铜材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电机转子材料制造技术领域，具体是涉及一种异步牵引电机转子导条用含锆黄铜材料及其制备方法。
背景技术
随着轨道交通和高铁的发展，对其牵引动力—异步牵引电动机的要求越来越高，电机转子是异步牵引电机的核心部件，通过电磁作用将电能转化为动能，为整个机车(高铁、地铁)提供动力。一般高速异步牵引电机转子采用导条嵌在铁芯上，并与端环焊接在一起。因此，导条的性能和质量直接关系到异步牵引电机的性能。
电机转子在运转过程中，由于作用在转子上的电磁应力、机械应力、残余应力、动态应力等各种应力综合作用，以及运行时电机的温升情况，会造成转子导条由于温升而造成的软化现象，并影响整个电机的服役能力，这种情况对于经常服役在较高温度下的具有中等导电性要求的黄铜导条影响更为明显。因此要求黄铜导条具备比较高室温强度和中等导电性时，同时需要具备较高的高温强度。而目前这种Cu-Zn合金虽然具备比较高的室温强度和中等的电导率，但当温度升高至200℃以上持续使用时强度会明显降低。针对目前使用的Cu-Zn合金存在的缺点，开发Cu-Zn-Zr新型合金。
Cu-Zn合金为典型的固溶强化合金，Zn能大量固溶于Cu中，形成α固溶体，450℃时溶解度可达39％。实验合金中Zn含量约为10％左右，因此Zn在合金中的存在形式完全为α固溶体，整个加工、热处理过程对其几乎没有影响。Zn的固溶体在本文中的强化作用并不明显，添加Zn主要是用于调控合金电导率。CuZn10合金为单相固溶体合金，且电阻可调，不足之处就是高温强度较差。但Cu-Zn合金具有与Cu相同的面心立方晶格，预计在Cu-Zn合金中加Zr能够细化晶粒，提高合金的抗拉强度和软化温度，同时不改变合金的电导率，改善和提高合金的综合性能。本发明设计Cu-Zn-Zr合金的思路就是基于这样的原理，以达到细小晶粒、高温强度高和电阻率适宜的目的。
发明内容
本发明解决的技术问题是，现有的异步牵引电机转子导条材料使用的Cu-Zn合金不具备足够的高温强度，影响了异步牵引电机的性能。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种异步牵引电机转子导条用含锆黄铜材料，其化学组成及其重量百分比为：
Zr:0.03％-0.15％；
Cu:89％-91％；
Fe≤0.08％；
Pb≤0.03％；
Ni≤0.2％；
Zn：余量。
一种异步牵引电机转子导条用含锆黄铜的材料，其制备方法为：
1)配料：按照所述材料化学组成及其重量百分比对各合金元素配比，选择并称取相应的原料，Cu采用电解铜板方式加入，Zn采用锌锭方式加入，Zr采用海绵锆颗粒方式加入；所述的铜板为电解铜板，纯度大于99％；所述的锌锭为市售二号锌，纯度大于99.95％。
2)熔炼：采用非真空中频感应电炉熔炼，待电解铜板熔化完后，加入Zn锭，Zn锭熔化完后，最后加入海绵Zr；
3)浇注：浇注获得需要的铸锭规格。
一种利用上述异步牵引电机转子导条用含锆黄铜材料制备导条的方法为：
1)配料：按照所述材料化学组成及其重量百分比对各合金元素配比，选择并称取相应的原料，Cu采用电解铜板方式加入，Zn采用锌锭方式加入，Zr采用海绵锆颗粒方式加入；
2)熔炼：采用非真空中频感应电炉熔炼，待电解铜板熔化完后，加入Zn锭，Zn锭熔化完后，最后加入海绵Zr；
3)浇注：浇注获得需要的铸锭规格；
4)将所述铸锭进行热挤压、冷拉拔和去应力退火处理，得到所述导条。
进一步地，在上述方案中，所述热挤压工艺参数为：铸锭预加热至780℃-850℃，开始挤压温度不低于780℃，挤压工装及模具预热温度380℃-400℃，挤压比控制在30-45，挤压速度控制在14-18mm/s，冷却方式采用水冷。
进一步地，在上述方案中，所述冷拉拔的冷变形量25％-30％，获得导条所需的拉拔型材。
进一步地，在上述方案中，所述去应力退火处理的处理温度控制在400℃-450℃，处理时间控制在1-3h之间，去应力退火处理可以消除应力腐蚀开裂。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明获得的导条型材晶粒细小均匀，同时保持了Cu-Zn黄铜电性能稳定的特点。与现有Cu-Zn黄铜导条相比晶粒减小20μm左右，并与Cu-Zn黄铜电性能一致，室温下Rm≥400MPa，A≥18％；电导率可根据不同的Zn含量进行调节，并且较稳定。
2、本发明获得的Cu-Zn-Zr合金导条型材，具有良好的室温力学性能和抗高温软化性能。与现有的黄铜合金材料Cu-Zn相比较，本含锆黄铜合金材料抗拉强度较Cu-Zn合金提高7％左右，350℃高温抗拉强度较Cu-Zn合金提高13％左右。
3、本发明铜合金导条可以满足异步牵引电动机转速高、工作温度高、稳定性好的要求，特别是能够满足350℃下抗软化性能好的要求。同时，本发明制备工艺简单，节能降耗，降低制造成本。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种异步牵引电机转子导条用含锆黄铜材料，其化学组成及其重量百分比为：Zr:0.03％,Cu:89％，Zn：余量。
利用上述异步牵引电机转子导条用含锆黄铜材料制备导条：
配料：按照所述材料化学组成及其重量百分比对各合金元素配比，选择并称取相应的原料，Cu采用电解铜板方式加入，Zn采用锌锭方式加入，Zr采用海绵锆颗粒方式加入；
熔炼：采用非真空中频感应电炉熔炼，待电解铜板熔化完后，加入Zn锭，Zn锭熔化完后，最后加入海绵Zr；
浇注：浇注获得需要的铸锭规格；
热挤压：铸锭预加热至780℃，开始挤压温度不低于780℃，挤压工装及模具预热温度380℃，挤压比控制在30，挤压速度控制在14mm/s，冷却方式采用水冷；
冷拉拔：冷拉拔的冷变形量25％，获得导条所需的拉拔型材；
去应力退火处理：处理温度控制在400℃，处理时间控制在1h，去应力退火处理可以消除应力腐蚀开裂。
性能测试：退火后得到的型材加工成测试试样后，进行室温机械性能(包括抗拉强度、屈服强度、延伸率)测试、350℃高温机械性能测试、晶粒度测试和电性能测试。测试结果如表1所示。
实施例2
一种异步牵引电机转子导条用含锆黄铜材料，其化学组成及其重量百分比为：Zr:0.010％,Cu:90％，Zn：余量。
利用上述异步牵引电机转子导条用含锆黄铜材料制备导条：
配料：按照所述材料化学组成及其重量百分比对各合金元素配比，选择并称取相应的原料，Cu采用电解铜板方式加入，Zn采用锌锭方式加入，Zr采用海绵锆颗粒方式加入；
熔炼：采用非真空中频感应电炉熔炼，待电解铜板熔化完后，加入Zn锭，Zn锭熔化完后，最后加入海绵Zr；
浇注：浇注获得需要的铸锭规格；
热挤压：铸锭预加热至820℃，开始挤压温度不低于780℃，挤压工装及模具预热温度390℃，挤压比控制在37，挤压速度控制在16mm/s，冷却方式采用水冷；
冷拉拔：冷拉拔的冷变形量27％，获得导条所需的拉拔型材；
去应力退火处理：处理温度控制在425℃，处理时间控制在2h，去应力退火处理可以消除应力腐蚀开裂。
性能测试：退火后得到的型材加工成测试试样后，进行室温机械性能(包括抗拉强度、屈服强度、延伸率)测试、350℃高温机械性能测试、晶粒度测试和电性能测试。测试结果如表1所示。
实施例3
一种异步牵引电机转子导条用含锆黄铜材料，其化学组成及其重量百分比为：Zr:0.15％,Cu:91％，Zn：余量。
利用上述异步牵引电机转子导条用含锆黄铜材料制备导条：
配料：按照所述材料化学组成及其重量百分比对各合金元素配比，选择并称取相应的原料，Cu采用电解铜板方式加入，Zn采用锌锭方式加入，Zr采用海绵锆颗粒方式加入；
熔炼：采用非真空中频感应电炉熔炼，待电解铜板熔化完后，加入Zn锭，Zn锭熔化完后，最后加入海绵Zr；
浇注：浇注获得需要的铸锭规格；
热挤压：铸锭预加热至850℃，开始挤压温度不低于780℃，挤压工装及模具预热温度400℃，挤压比控制在45，挤压速度控制在18mm/s，冷却方式采用水冷；
冷拉拔：冷拉拔的冷变形量30％，获得导条所需的拉拔型材；
去应力退火处理：处理温度控制在450℃，处理时间控制在3h，去应力退火处理可以消除应力腐蚀开裂。
性能测试：退火后得到的型材加工成测试试样后，进行室温机械性能(包括抗拉强度、屈服强度、延伸率)测试、350℃高温机械性能测试、晶粒度测试和电性能测试。测试结果如表1所示。
对比例
本对比例中，采用与实施例2相同的制备方法制备现有的Cu-Zn合金，并对Cu-Zn合金进行机械性能、晶粒度和电性能测试。测试结果如表1所示。
表1
如上所述，便可较好地实现本发明，但上述实例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡以本发明内容所作的变化与修饰，都为本发明权利要求保护的范围所涵盖。

Claims (1)

1.一种异步牵引电机转子导条用含锆黄铜材料，其特征在于，所述材料的化学组成及其重量百分比为：
Zr:0.03％-0.15％；
Cu:89％-91％；
Fe≤0.08％；
Pb≤0.03％；
Ni≤0.2％；
Zn：余量；
所述的一种异步牵引电机转子导条用含锆黄铜的材料，制备方法为：
1)配料：按照所述材料化学组成及其重量百分比对各合金元素配比，选择并称取相应的原料，Cu采用电解铜板方式加入，Zn采用锌锭方式加入，Zr采用海绵锆颗粒方式加入；
2)熔炼：采用非真空中频感应电炉熔炼，待电解铜板熔化完后，加入Zn锭，Zn锭熔化完后，最后加入海绵Zr；
3)浇注：浇注获得需要的铸锭规格；
所述的异步牵引电机转子导条用含锆黄铜材料制备导条的方法为：
1)配料：按照所述材料化学组成及其重量百分比对各合金元素配比，选择并称取相应的原料，Cu采用电解铜板方式加入，Zn采用锌锭方式加入，Zr采用海绵锆颗粒方式加入；
2)熔炼：采用非真空中频感应电炉熔炼，待电解铜板熔化完后，加入Zn锭，Zn锭熔化完后，最后加入海绵Zr；
3)浇注：浇注获得需要的铸锭规格；
4)将所述铸锭进行热挤压、冷拉拔和去应力退火处理，得到所述导条；
所述热挤压工艺参数为：铸锭预加热至780℃-850℃，挤压比控制在30-45，挤压速度控制在14-18mm/s，冷却方式采用水冷；
所述冷拉拔的冷变形量25％-30％，获得导条所需的拉拔型材；
所述去应力退火处理的处理温度控制在400℃-450℃，处理时间控制在1-3h之间。
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