CN109440034B - 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，通过两个以上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5 nm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10 nm。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
屈服强度/ MPa 抗拉强度/ MPa 导电率/IACS%
连续感应退火 495.2 550.8 71.2
普通退火 500.5 565.6 72.6
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
屈服强度/ MPa 抗拉强度/ MPa 导电率/IACS%
连续感应退火 484.6 560.8 70.2
普通退火 490.3 585.4 71.0
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 (2)

1.一种高强高导铜铬锆合金高速列车接触线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接触线长导线；
（2）将接触线长导线放直，通过两个以上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）通过控制接触线长导线的移动速度，实现接触线长导线的热处理；
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；每个高频电源加热电流在1200~1800A；接触线长导线的移动速度在1mm/min~5mm/min。
2.按照权利要求1所述的高强高导铜铬锆合金高速列车接触线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，接触线长导线在传动辊的带动下穿过石英管，并在接触线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，在接触线长导线穿过石英管的初始端开口处设置密封圈，石英管与接触线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，避免接触线长导线的氧化。
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