CN109440034A - 一种高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高强高导铜铬锆合金领域，具体地说是一种高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺，克服传统的长导线热处理设备复杂、造价昂贵的缺点，降低铜铬锆合金接触线的生产成本。本发明通过对经过冷加工后的铜铬锆合金棒(线)材进行气氛保护的连续感应加热退火后，合金棒(线材)的性能可实现与电阻炉相同的时效强化效果。另外，通过调整感应加热功率和长导线的移动速度，可以控制铜铬锆合金中的相析出行为，从而提高合金的力学性能和电学性能。

Description

一种高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺
技术领域
本发明涉及高强高导铜铬锆合金领域，具体地说是一种高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺。
背景技术
铜铬锆合金作为高强高导领域的高性能功能材料，具有优良的力学性能和导电性能，是高速铁路接触线的候选材料。随着我国高速列车的发展，对铜铬锆合金接触线的需求十分迫切，铜铬锆长导线(一般长度在1000米以上)的研究工作显得尤为重要。虽然目前已经发展出多种铜铬锆长导线的制备方法，如：半连续铸造法，焊接法等。但是，由于铜铬锆合金属于时效强化合金，长导线经过一定的冷变形后，还需要进行时效处理，而且通常时效时间需要达到1～2h。所以，这种长导线的热处理工艺设备非常长，占地面积大，造价昂贵，从而影响铜铬锆合金接触线的实际应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺，克服传统的长导线热处理设备复杂、造价昂贵的缺点，降低铜铬锆合金接触线的生产成本。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺，具体步骤如下：
(1)通过冷拉拔或冷轧制的方法获得直径6～15mm的高强高导铜铬锆合金长导线；
(2)将长导线放直，通过两个以个由高频电源和感应线圈形成的感应加热区；
(3)每个感应加热区的感应线圈长度为150～250mm，感应加热区的感应线圈内部穿设一个直径为15～25mm的石英管，并在石英管中通入流动的氮气；
(4)采用高频电源给感应线圈进行通电，通过调整电流的大小，控制加热功率；
(5)通过控制长导线的移动速度，实现长导线的热处理。
所述的高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺，铜铬锆合金的热处理是采用感应加热实现的。
所述的高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺，长导线热处理过程中采用石英管+氮气进行气氛保护。
所述的高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺，每间隔1～2米设置一个感应加热区，感应加热区的总个数为4～6个。
所述的高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺，每个高频电源加热电流在1200～1800A。
所述的高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺，长导线的移动速度在1mm/min～5mm/min。
所述的高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺，石英管的一端开口外侧上下相对设置一对传动辊，长导线在传动辊的带动下穿过石英管，并在长导线穿过石英管的初始端侧壁通过管路连接氮气供应装置，向石英管中通入流动的氮气；同时，在长导线穿过石英管的初始端开口处设置密封圈，石英管与长导线之间通过密封圈在一侧形成密封，促使氮气向另一侧流动，避免长导线的氧化。
本发明的优点及有益效果在于：
1、本发明通过感应加热的方法，无需连续退火炉的建设，显著降低生产成本。
2、本发明通过石英管+氮气的方法，对铜铬锆合金进行气氛保护，可以有效避免接触线的氧化。
3、本发明通过连续多个感应加热区的方法，使得合金在一定的时间内保持足够的温度，可以有效保证合金中的铬和锆原子的析出，通过析出强化提高合金的力学及电学性能，从而满足其服役条件的要求。
4、本发明所适用的条件为高强高导铜铬锆合金，用于制备接触线的合金棒(线)材的直径范围为6～15mm。
附图说明
图1为本发明高强高导铜铬锆合金热处理工艺路线的示意图。图中，1长导线；2密封圈；3石英管；4传动辊；5感应线圈。
图2为CuCrZr合金经过连续感应退火后的析出相形貌。
图3为CuCrZr合金经过普通电阻炉退火后的微观组织(450℃/2h)。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明通过对经过冷加工后的铜铬锆合金棒(线)材进行气氛保护的连续感应加热退火后，合金棒(线材)的性能可实现与电阻炉相同的时效强化效果。另外，通过调整感应加热功率和长导线的移动速度，可以控制铜铬锆合金中的相析出行为，从而提高合金的力学性能和电学性能。
如图1所示，本发明高强高导铜铬锆合金热处理工艺路线如下：
(1)通过拉拔或轧制的方法获得高强高导铜铬锆合金长导线1；
(2)将长导线1放直，以一定的移动速度通过多个由高频电源(电流频率通常为100～500千赫)和感应线圈5形成的感应加热区；
(3)感应加热区的感应线圈5内部穿设一个直径为15～25mm的石英管3，石英管3的一端开口外侧上下相对设置一对传动辊4，长导线1在传动辊4的带动下，以一定的速度穿过石英管3，并在长导线1穿过石英管3的初始端侧壁通过管路连接氮气供应装置，从而向石英管3中通入流动的氮气；同时，在长导线1穿过石英管3的初始端开口处设置密封圈2，石英管3与长导线1之间通过密封圈2在一侧形成密封，促使氮气向另一侧流动，避免长导线的氧化。
(4)采用高频电源给感应线圈5进行通电，通过调整电流的大小，控制加热功率；
(5)通过控制长导线的移动速度，实现长导线的热处理。
下面，通过实施例和附图对本发明进一步详细阐述。
实施例1
本实施例中，采用纯铜、铜铬中间合金和纯锆等原材料进行真空冶炼，合金化学成分见表1。
表1 合金的化学成分(wt.％)
合金 Cr Zr Cu
Cu-0.35Cr-0.15Zr 0.35 0.15 余量
实际操作步骤如下：
(1)真空冶炼的铸锭采用热挤压的方法制备直径为20mm的CuCrZr合金棒(线)材，经过960℃/2h的固溶处理后，将合金棒(线)材进行加工率为75％的冷拉拔处理，制备出长度为20米，直径为10mm的铜铬锆棒材；
(2)将铜铬锆棒材按照图1的路线进行热处理。
其热处理工艺参数为：感应加热区间隔1～2米，感应加热区的总个数为4～6个；每个高频电源加热电流在1200～1800A，长导线的移动速度在1mm/min～5mm/min。本实施例中，每个感应加热区宽度为200mm，感应加热区间隔1.5米，共5个加热区，每个高频电源加热电流1780A，导线移动速度2mm/min。
如图2所示，经过连续感应加热退火后合金的微观组织，从图中可见一些十分细小的颗粒，尺寸在5nm以下。为了对比效果，截取100mm的铜铬锆合金在普通电阻炉退火内进行450℃/2h的退火后，其微观组织见图3。与图2中连续感应加热合金的析出相比较，普通时效的铜铬锆合金析出相衬度更加清晰，尺寸也较大，但仍小于10nm。经过两种热处理方法后，铜铬锆合金的力学性能和电学性能见表2。由表2可以看出，与普通电阻炉的时效效果相比，连续感应退火的铜铬锆合金屈服和抗拉强度与基本相近，仅导电率略有降低。
采用本发明技术对高强高导铜铬锆合金进行热处理，基本可以获得与普通时效相同的力学性能和导电性能，满足其服役条件的要求。
表2 两种热处理状态铜铬锆合金的力学及电学性能对比
实施例2
本实施例中，按照实施例1的方法进行合金的冶炼、坯杆的热挤压和固溶处理，然后对坯杆进行加工率为84％的冷拉拔处理，制备出长度为28米，直径为8mm的铜铬锆棒材，然后将铜铬锆棒材按照图1的方法进行热处理。
其具体的热处理工艺参数为：每个感应加热区宽度为200mm，感应加热区间隔2米，共5个加热区；每个高频电源加热电流1600A，导线移动速度1.5mm/min。
如表3所示，经过连续感应加热后铜铬锆合金的力学性能和电学性能。与普通退火相比，连续感应加热后合金力学性能与电学性能与普通电阻炉退火相当。
表3 两种热处理状态铜铬锆合金的力学及电学性能对比
实施例结果表明，本发明对不同冷变形量的铜铬锆合金棒(线)材热处理同样适用。这种热处理方法效果好，设备造价低，操作简单，可以解决采用长退火炉所带来的高成本缺点。

Claims (7)

1.一种高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺，其特征在于，具体步骤如下：
(1)通过冷拉拔或冷轧制的方法获得直径6～15mm的高强高导铜铬锆合金长导线；
(2)将长导线放直，通过两个以个由高频电源和感应线圈形成的感应加热区；
(3)每个感应加热区的感应线圈长度为150～250mm，感应加热区的感应线圈内部穿设一个直径为15～25mm的石英管，并在石英管中通入流动的氮气；
(4)采用高频电源给感应线圈进行通电，通过调整电流的大小，控制加热功率；
(5)通过控制长导线的移动速度，实现长导线的热处理。
2.按照权利要求1所述的高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺，其特征在于，铜铬锆合金的热处理是采用感应加热实现的。
3.按照权利要求1所述的高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺，其特征在于，长导线热处理过程中采用石英管+氮气进行气氛保护。
4.按照权利要求1所述的高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺，其特征在于，每间隔1～2米设置一个感应加热区，感应加热区的总个数为4～6个。
5.按照权利要求1所述的高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺，其特征在于，每个高频电源加热电流在1200～1800A。
6.按照权利要求1所述的高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺，其特征在于，长导线的移动速度在1mm/min～5mm/min。
7.按照权利要求1所述的高强高导铜铬锆合金长导线的热处理工艺，其特征在于，石英管的一端开口外侧上下相对设置一对传动辊，长导线在传动辊的带动下穿过石英管，并在长导线穿过石英管的初始端侧壁通过管路连接氮气供应装置，向石英管中通入流动的氮气；同时，在长导线穿过石英管的初始端开口处设置密封圈，石英管与长导线之间通过密封圈在一侧形成密封，促使氮气向另一侧流动，避免长导线的氧化。
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