CN108504880A - 高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的一种高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺，它包含以下工艺步骤：步骤一：半封闭式双溶沟液面增压三体熔炼炉熔炼；步骤二：快速急冷上引连续铸造；步骤三：高温长通道连续挤压机挤压；步骤四：在线固态相变处理；步骤五：冷拉拔成形处理。本发明提供了一种高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺，它能够实现在不添加第三元素的前提下，极大地提高了铜碲合金接触线的综合性能，使铜碲二元合金接触线的力学性能达到98%IACS以上，抗拉强度达到560MPa以上，使之能够完全满足未来高速铁路的发展需求。

Description

高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺
技术领域
本发明涉及高速铁路用接触线生产的新工艺，尤其涉及一种高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺。
背景技术
随着世界高速铁路技术的快速发展，我国高速铁路同步提出了符合我国社会主义现代化发展要求的高效、快捷、环保的运营理念，同时也为今后高速铁路的进一步发展提供技术储备，迫切需要开发出具有更高力学性能和电学性能且综合性能优异的高速铁路用接触线。目前，对高速铁路用接触线的研究主要集中于传统的铜镁合金和铜铬锆合金，而两者的缺点也较为明显，其中，铜镁合金接触线的导电率偏低，由于高速铁路的能耗随着列车时速的提升而呈几何倍数的提高，随着我国高速铁路的进一步提速，采用铜镁合金接触线必将导致运营成本的大大增加；而铜铬锆合金存在生产成本高昂、合金元素添加困难、产品性能不稳定等缺陷，严重限制了其应用前景。铜碲合金具有优异的综合性能，除在力学性能和电学性能表现极佳外，其加工性能也极为优越，在熔化的液态阴极铜中添加一定量的Te元素，再经后续加工可以使其导电率达到98%IACS以上，强度可达560MPa以上，其综合性能全面优于传统的高速铁路接触线用铜镁合金和铜铬锆合金。
与此同时，铜碲合金以其优异的使用性能和出色的加工性能，被广泛应用于航空航天、军工、通讯、自动控制等领域，但到目前为止，铜碲合金在高速铁路用接触线、承力索、吊弦线等导电结构材料方面的应用还处于空白。如申请号为CN200810147883.3的中国发明专利介绍了一种电气电力产业用碲铜合金材料及其制备方法，该专利通过引入第三微量元素的复合强化作用，并利用传统的合金熔炼方法实现了铸态铜碲合金的制备，至于后续的加工方法该专利并未提及；又如同一发明人发起的申请号为CN201710707052.6和CN201710707051.1的两个发明专利申请，介绍了镁碲铜三元合金的生产方法和加工工艺，这两项专利申请采用多重合金元素强化和后续加工手段相结合的方法来提升镁碲铜合金的综合性能，镁碲铜合金中添加的镁元素对提升铜碲合金力学性能起到了一定的作用，但同时却大大降低了该合金的电学性能，导致其导电率仅维持在70%IACS以上，与传统高速铁路接触线用铜合金相比不具备任何优势。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺，使该合金得到晶粒极为细小且经过相变处理了的再结晶组织，极大地提高了铜碲合金接触线的综合性能。
本发明的目的是这样实现的：
一种高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺，它包括以下步骤：
步骤一：半封闭式双溶沟液面增压三体熔炼炉熔炼，向三体炉中的熔炼区依次投入标准阴极铜、高纯碲块进行铜碲合金的熔炼；
步骤二：快速急冷上引连续铸造，通过虹吸作用对铜碲合金金属液体进行快速冷却上引结晶，并通过牵引杆引出，得到组织均匀、晶粒细小的铜碲合金铸造杆坯；
步骤三：高温长通道连续挤压机挤压，将得到的铜碲合金铸造杆坯进行高温大长时连续挤压；
步骤四：在线固态相变处理，待铜碲合金杆料从挤压模腔出口挤出以后，立刻利用在线固态相变处理设备进行相变处理；
步骤五：冷拉拔成形处理，将进行过相变处理后的铜碲合金杆进行冷拉拔处理，通过多道次冷拉拔工艺对所述铜碲合金杆坯进行冷拉拔塑性加工处理。
一种高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺，步骤一中的半封闭式双溶沟液面增压三体熔炼包括熔炼区、扩散区和保温区，其中扩散区位于中间，熔炼区和保温区位于两侧；熔炼区和保温区采用开放式结构，扩散区采用全封闭式结构，入料口置于熔炼区的上方。
一种高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺，对熔炼炉扩散区上方进行密闭处理且保持1.1个大气压强，待合金原料完全熔化后，保温20min。
一种高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺，步骤二中的快速急冷上引连续铸造所用的结晶器置于保温区上方，采用T2紫铜铜模内腔，该内腔外套低温冷却水循环系统。
一种高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺，步骤三中在挤压之前需要对杆料和挤压模腔在550℃的温度条件下进行时长为1h的预热和保温处理，挤压模腔通道长度为25cm。
一种高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺，步骤四中固态相变处理的温度为700-1050℃。
一种高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺，步骤五中在冷拉拔成形处理的过程中需要在工模具处浇注冷却润滑液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过半封闭式双溶沟液面增压三体熔炼炉、快速急冷上引结晶器对铜碲合金进行上引连续铸造，得到了组织均匀、晶粒细小的铜碲合金铸造杆坯，再通过高温长通道连续挤压机、在线固态相变处理设备对合金杆坯作进一步地晶粒细化处理、动态再结晶处理以及相变处理，得到晶粒极为细小且经过相变处理了的再结晶组织。通过上述生产工艺方法能够实现在不添加第三元素的前提下，极大地提高了铜碲合金接触线的综合性能，使铜碲二元合金接触线的力学性能达到98%IACS以上，抗拉强度达到560MPa以上，使之能够完全满足未来高速铁路的发展需求。
具体实施方式
实施例1：
本发明涉及的一种高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺，它包含以下步骤：
步骤一：半封闭式双溶沟液面增压三体熔炼炉熔炼。
向三体炉中的熔炼区依次投入标准阴极铜、高纯碲块进行铜碲合金的熔炼，其中，对熔炼炉的扩散区上方进行密闭处理且保持1.1个大气压强，使液态合金进行充分流动。待合金原料完全熔化后，保温20min，使两相元素混合均匀。
步骤二：快速急冷上引连续铸造。
通过虹吸作用，对铜碲合金金属液体进行快速冷却上引结晶，并通过牵引杆引出，得到组织均匀、晶粒细小的铜碲合金铸造杆坯。快速急冷上引结晶器采用T2紫铜铜模内腔，该内腔外套低温冷却水循环系统，通过紫铜优越的传热性能，可以实现铜碲合金上引杆的快速冷却，极大地抑制了铸造组织凝固疏松缺陷的产生和晶粒的长大，最终得到组织均匀、晶粒细小的铜碲合金铸造杆坯。
步骤三：高温长通道连续挤压机挤压。
利用高温长通道连续挤压机对铜碲合金铸造杆坯进行连续挤压，在挤压之前需要对杆料和挤压模腔进行充分的预热和保温处理，其中温度为550℃，时间为1h。为保证铜碲合金再结晶的充分进行，模腔通道长度设计为25cm。经过高温长通道连续挤压后，可以使铜碲合金的晶粒大小保持在1μm以下，并且其组织结构中出现的挤压空腔缺陷得到了极大的抑制，合金的综合性能得到明显提升。
步骤四：在线固态相变处理。
利用在线固态相变处理设备对铜碲合金挤压杆进行了固态在线相变处理，固态相变处理的温度为700~1050℃，以利于铜碲合金拓扑相的转变，增加了立方晶系存在比例，减小了不同晶胞的共格差异，增强了铜碲合金的导电性能。
步骤五：冷拉拔成形处理。
利用拉拔机对作过相变处理后的铜碲合金杆料进行的冷拉拔成形处理，在处理的过程中需要在工模具处浇注冷却润滑液，防止因拉拔温度过高而引起的组织改性，最终得到铜碲合金接触线产品。
制得的铜碲二元合金接触线的力学性能达到98%IACS以上，抗拉强度达到560MPa以上。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺，它包括以下步骤：
步骤一：半封闭式双溶沟液面增压三体熔炼炉熔炼，向三体炉中的熔炼区依次投入标准阴极铜、高纯碲块进行铜碲合金的熔炼；
步骤二：快速急冷上引连续铸造，通过虹吸作用对铜碲合金金属液体进行快速冷却上引结晶，并通过牵引杆引出，得到组织均匀、晶粒细小的铜碲合金铸造杆坯；
步骤三：高温长通道连续挤压机挤压，将得到的铜碲合金铸造杆坯进行高温大长时连续挤压；
步骤四：在线固态相变处理，待铜碲合金杆料从挤压模腔出口挤出以后，立刻利用在线固态相变处理设备进行相变处理；
步骤五：冷拉拔成形处理，将进行过相变处理后的铜碲合金杆进行冷拉拔处理，通过多道次冷拉拔工艺对所述铜碲合金杆坯进行冷拉拔塑性加工处理。
2.根据权利要求1所述的高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺，其特征在于：步骤一中的半封闭式双溶沟液面增压三体熔炼包括熔炼区、扩散区和保温区，其中扩散区位于中间，熔炼区和保温区位于两侧；熔炼区和保温区采用开放式结构，扩散区采用全封闭式结构，入料口置于熔炼区的上方。
3.根据权利要求2所述的高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺，其特征在于：对熔炼炉扩散区上方进行密闭处理且保持1.1个大气压强，待合金原料完全熔化后，保温20min。
4.根据权利要求1所述的高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺，其特征在于：步骤二中的快速急冷上引连续铸造所用的结晶器置于保温区上方，采用T2紫铜铜模内腔，该内腔外套低温冷却水循环系统。
5.根据权利要求1所述的高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺，其特征在于：步骤三中在挤压之前需要对杆料和挤压模腔在550℃的温度条件下进行时长为1h的预热和保温处理，挤压模腔通道长度为25cm。
6.根据权利要求1所述的高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺，其特征在于：步骤四中固态相变处理的温度为700-1050℃。
7.根据权利要求1所述的高速铁路用铜碲合金接触线生产工艺，其特征在于：步骤五中在冷拉拔成形处理的过程中需要在工模具处浇注冷却润滑液。
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