CN110172609A - 一种高强度高导电率铜镁系合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强度高导电率铜镁系合金及其制备方法，该铜镁系合金中含有0.26～0.34wt％的镁，0.05～0.07wt％的镍，0.04～0.055wt％的锶，0.006～0.025wt％的锗，其余为铜和不可避免的杂质；制备方法包括熔炼、浇注、挤压、拉制、退火，本发明制备得到的铜镁系合金具有较高的导电率，并且强度高，并具有较高的抗高温软化能力，综合性能优异。

Description

一种高强度高导电率铜镁系合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铜合金技术领域，具体涉及一种高强度高导电率铜镁系合金及其制备方法。
背景技术
许多应用领域要求材料具有高传导性和强度，如为产生高的脉冲磁场，要求所用导体材料不仅要有低的电阻率以降低热效应，而且还要具有足够的强度来承受巨大的洛伦兹力，故研制和开发高强度高导电率铜基导电材料成为铜合金研究的热点之一。
目前国内电气化铁路广泛采用接触线的材质是纯铜、铜银合金、铜锡合金、铜镁系合金。国内外也试验研制了铜铬锆等多元铜合金用于制造接触线。其中铜锡合金、铜镁系合金、铜铬锆合金的接触线中合金的加入都是为了提高其抗拉强度，但是通过研究表明，铜合金的强度和导电率之间往往成反比关系，采用强化手段使铜合金强化后其导电率会有某种程度的下降。
高强度高导电率的铜镁系合金常用于制备接触线。申请号为201210163240.4的中国专利公开了高导电率铜镁系合金接触线及其加工工艺，该铜镁合金中含有0.02～0.10wt％的镁，≤0.01wt％的银，≤0.1wt％不可避免的杂质，其余为铜；其加工工艺为：在上引炉中配置合金，上引连铸出合金铸杆，上引的铸杆送入连续挤压机挤压出挤压杆坯，挤压杆坯，不经过中间冷加工，直接送入巨拉机拉制成接触线成品。该高导电率铜镁系合金接触线比含银量w(Ag)＝0.1％铜银合金接触线略低，但远高于铜锡、高含量铜镁系合金等其他铜合金接触线的导电率，另外该高导电率铜镁系合金接触线的抗拉强度，抗软化性能均达到了含银银合金接触线的同样水平。该铜镁系合金接触线银合金接触线合金材料成本低很多。这可使铁路建设节省一大笔投资。但是其导电率虽然很高，但是其抗拉强度并不优异，因此制备具有优异电导率，但是具体有高的抗拉强度的铜镁系合金的接触线具有较大的市场需求。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种高强度高导电率铜镁系合金及其制备方法，该铜镁系合金具有较高的导电率，并且强度高，并具有较高的抗高温软化能力，综合性能优异。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高强度高导电率铜镁系合金，所述铜镁系合金中含有0.26～0.34wt％的镁，0.05～0.07wt％的镍，0.04～0.055wt％的锶，0.006～0.025wt％的锗，其余为铜和不可避免的杂质。
优选地，所述铜镁系合金中含有0.27～0.30wt％的镁，0.05～0.06wt％的镍，0.045～0.055wt％的锶，0.012～0.020wt％的锗，其余为铜和不可避免的杂质。
优选地，所述铜镁系合金中含有0.29wt％的镁，0.055wt％的镍，0.052wt％的锶，0.016wt％的锗，其余为铜和不可避免的杂质。
本发明中高强度高导电率铜镁系合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)以电解铜、纯镁、铜镍合金、纯锶、铜锗合金为原料；先将电解铜、铜镍合金、铜锗合金于真空感应炉中进行熔炼，在铜液表面覆盖木炭，升温至1180～1220℃，熔化后将温度降温1100～1130℃，并加入纯镁和纯锶，保温15～20min后，用氩气精炼后扒渣处理；
(2)将步骤(1)所得合金熔体缓慢浇注至铸模中得到铜镁系合金杆；
(3)将所得铜镁系合金杆挤压成直径为3～5cm的铜镁系合金细杆；
(4)将所得铜镁系合金细杆经过巨拉机拉制成80～120mm2铜镁系合金接触线初品；
(5)将接触线初品置于220～260℃下保温3～5h；再随炉冷却至室温，得铜镁系合金接触线成品。
优选地，所述步骤(2)中，将步骤(1)做的合金熔体降至1060～1090℃时缓慢浇注至铸模中。
优选地，所述步骤(3)中，将所得铜镁系合金杆在295～330℃下挤压成铜镁系合金细杆。
本发明的有益效果是：
1、本发明在铜中加入适量的镁以及少量的镍、锶、锗，其不仅可使制备得到的铜镁系合金具有较高的导电率，并且强度高，并具有较高的抗高温软化能力，使用该制备得到的铜镁系合金接触线其导电率在82.2％IACS以上，抗拉强度在445MPa以上，伸长率在13.5～15.4％，综合性能十分优异。
2、本发明制备方法简单，依次通过熔炼、浇注、挤压、拉制、退火，并合理设置加料顺序及工艺参数，即可制备得到性能优异的铜镁系合金接触线，适用于工业化大量生产。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高强度高导电率铜镁系合金，铜镁系合金中含有0.32wt％的镁，0.07wt％的镍，0.04wt％的锶，0.015wt％的锗，其余为铜和不可避免的杂质。
高强度高导电率铜镁系合金(铜镁系合金触线)的制备方法，包括以下步骤：
(1)以电解铜、纯镁、铜镍合金、纯锶、铜锗合金为原料；先将电解铜、铜镍合金、铜锗合金于真空感应炉中进行熔炼，在铜液表面覆盖木炭，升温至1200℃，熔化后将温度降温1100℃，并加入纯镁和纯锶，保温20min后，用氩气精炼后扒渣处理；
(2)将步骤(1)所得合金熔体降至1080℃时缓慢浇注至铸模中得到铜镁系合金杆；
(3)将所得铜镁系合金杆在320℃下挤压成直径为5cm的铜镁系合金细杆；
(4)将所得铜镁系合金细杆经过巨拉机拉制成100mm2铜镁系合金接触线初品；
(5)将接触线初品置于260℃下保温5h；再随炉冷却至室温，得铜镁系合金接触线成品。
实施例2：
一种高强度高导电率铜镁系合金，铜镁系合金中含有0.26wt％的镁，0.05wt％的镍，0.05wt％的锶，0.025wt％的锗，其余为铜和不可避免的杂质。
高强度高导电率铜镁系合金(铜镁系合金触线)的制备方法，包括以下步骤：
(1)以电解铜、纯镁、铜镍合金、纯锶、铜锗合金为原料；先将电解铜、铜镍合金、铜锗合金于真空感应炉中进行熔炼，在铜液表面覆盖木炭，升温至1180℃，熔化后将温度降温1120℃，并加入纯镁和纯锶，保温15min后，用氩气精炼后扒渣处理；
(2)将步骤(1)所得合金熔体降至1060℃时缓慢浇注至铸模中得到铜镁系合金杆；
(3)将所得铜镁系合金杆在295℃下挤压成直径为3cm的铜镁系合金细杆；
(4)将所得铜镁系合金细杆经过巨拉机拉制成100mm2铜镁系合金接触线初品；
(5)将接触线初品置于230℃下保温3h；再随炉冷却至室温，得铜镁系合金接触线成品。
实施例3：
一种高强度高导电率铜镁系合金，铜镁系合金中含有0.34wt％的镁，0.06wt％的镍，0.055wt％的锶，0.006wt％的锗，其余为铜和不可避免的杂质。
高强度高导电率铜镁系合金(铜镁系合金触线)的制备方法，包括以下步骤：
(1)以电解铜、纯镁、铜镍合金、纯锶、铜锗合金为原料；先将电解铜、铜镍合金、铜锗合金于真空感应炉中进行熔炼，在铜液表面覆盖木炭，升温至1200℃，熔化后将温度降温1130℃，并加入纯镁和纯锶，保温18min后，用氩气精炼后扒渣处理；
(2)将步骤(1)所得合金熔体降至1090℃时缓慢浇注至铸模中得到铜镁系合金杆；
(3)将所得铜镁系合金杆在330℃下挤压成直径为5cm的铜镁系合金细杆；
(4)将所得铜镁系合金细杆经过巨拉机拉制成120mm2铜镁系合金接触线初品；
(5)将接触线初品置于2200℃下保温4h；再随炉冷却至室温，得铜镁系合金接触线成品。
实施例4：
一种高强度高导电率铜镁系合金，铜镁系合金中含有0.29wt％的镁，0.055wt％的镍，0.052wt％的锶，0.016wt％的锗，其余为铜和不可避免的杂质。
高强度高导电率铜镁系合金(铜镁系合金触线)的制备方法，包括以下步骤：
(1)以电解铜、纯镁、铜镍合金、纯锶、铜锗合金为原料；先将电解铜、铜镍合金、铜锗合金于真空感应炉中进行熔炼，在铜液表面覆盖木炭，升温至1200℃，熔化后将温度降温1120℃，并加入纯镁和纯锶，保温18min后，用氩气精炼后扒渣处理；
(2)将步骤(1)所得合金熔体降至1080℃时缓慢浇注至铸模中得到铜镁系合金杆；
(3)将所得铜镁系合金杆在315℃下挤压成直径为4.5cm的铜镁系合金细杆；
(4)将所得铜镁系合金细杆经过巨拉机拉制成100mm2铜镁系合金接触线初品；
(5)将接触线初品置于230℃下保温4.5h；再随炉冷却至室温，得铜镁系合金接触线成品。
实施例5：
一种高强度高导电率铜镁系合金，铜镁系合金中含有0.30wt％的镁，0.05wt％的镍，0.052wt％的锶，0.020wt％的锗，其余为铜和不可避免的杂质。
高强度高导电率铜镁系合金(铜镁系合金触线)的制备方法，包括以下步骤：
(1)以电解铜、纯镁、铜镍合金、纯锶、铜锗合金为原料；先将电解铜、铜镍合金、铜锗合金于真空感应炉中进行熔炼，在铜液表面覆盖木炭，升温至1220℃，熔化后将温度降温1100℃，并加入纯镁和纯锶，保温15min后，用氩气精炼后扒渣处理；
(2)将步骤(1)所得合金熔体降至1080℃时缓慢浇注至铸模中得到铜镁系合金杆；
(3)将所得铜镁系合金杆在330℃下挤压成直径为3.5cm的铜镁系合金细杆；
(4)将所得铜镁系合金细杆经过巨拉机拉制成120mm2铜镁系合金接触线初品；
(5)将接触线初品置于255℃下保温4h；再随炉冷却至室温，得铜镁系合金接触线成品。
实施例6：
一种高强度高导电率铜镁系合金，铜镁系合金中含有0.27wt％的镁，0.055wt％的镍，0.055wt％的锶，0.015wt％的锗，其余为铜和不可避免的杂质。
高强度高导电率铜镁系合金(铜镁系合金触线)的制备方法，包括以下步骤：
(1)以电解铜、纯镁、铜镍合金、纯锶、铜锗合金为原料；先将电解铜、铜镍合金、铜锗合金于真空感应炉中进行熔炼，在铜液表面覆盖木炭，升温至1180℃，熔化后将温度降温1100℃，并加入纯镁和纯锶，保温20min后，用氩气精炼后扒渣处理；
(2)将步骤(1)所得合金熔体降至1060℃时缓慢浇注至铸模中得到铜镁系合金杆；
(3)将所得铜镁系合金杆在300℃下挤压成直径为4.5cm的铜镁系合金细杆；
(4)将所得铜镁系合金细杆经过巨拉机拉制成80mm2铜镁系合金接触线初品；
(5)将接触线初品置于230℃下保温4.5h；再随炉冷却至室温，得铜镁系合金接触线成品。
实施例7：
一种高强度高导电率铜镁系合金，铜镁系合金中含有0.28wt％的镁，0.06wt％的镍，0.045wt％的锶，0.012wt％的锗，其余为铜和不可避免的杂质。
高强度高导电率铜镁系合金(铜镁系合金触线)的制备方法，包括以下步骤：
(1)以电解铜、纯镁、铜镍合金、纯锶、铜锗合金为原料；先将电解铜、铜镍合金、铜锗合金于真空感应炉中进行熔炼，在铜液表面覆盖木炭，升温至1200℃，熔化后将温度降温1120℃，并加入纯镁和纯锶，保温18min后，用氩气精炼后扒渣处理；
(2)将步骤(1)所得合金熔体降至1090℃时缓慢浇注至铸模中得到铜镁系合金杆；
(3)将所得铜镁系合金杆在320℃下挤压成直径为4cm的铜镁系合金细杆；
(4)将所得铜镁系合金细杆经过巨拉机拉制成100mm2铜镁系合金接触线初品；
(5)将接触线初品置于240℃下保温3.5h；再随炉冷却至室温，得铜镁系合金接触线成品。
对实施例1～7中制备得到的铜镁系合金接触线成品的抗拉强度、伸长率以及导电率进行测试，其结果如表1所示。
表1：
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种高强度高导电率铜镁系合金，其特征在于，所述铜镁系合金中含有0.26～0.34wt％的镁，0.05～0.07wt％的镍，0.04～0.055wt％的锶，0.006～0.025wt％的锗，其余为铜和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高强度高导电率铜镁系合金，其特征在于，所述铜镁系合金中含有0.27～0.30wt％的镁，0.05～0.06wt％的镍，0.045～0.055wt％的锶，0.012～0.020wt％的锗，其余为铜和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的高强度高导电率铜镁系合金，其特征在于，所述铜镁系合金中含有0.29wt％的镁，0.055wt％的镍，0.052wt％的锶，0.016wt％的锗，其余为铜和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的高强度高导电率铜镁系合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以电解铜、纯镁、铜镍合金、纯锶、铜锗合金为原料；先将电解铜、铜镍合金、铜锗合金于真空感应炉中进行熔炼，在铜液表面覆盖木炭，升温至1180～1220℃，熔化后将温度降温1100～1130℃，并加入纯镁和纯锶，保温15～20min后，用氩气精炼后扒渣处理；
(2)将步骤(1)所得合金熔体缓慢浇注至铸模中得到铜镁系合金杆；
(3)将所得铜镁系合金杆挤压成直径为3～5cm的铜镁系合金细杆；
(4)将所得铜镁系合金细杆经过巨拉机拉制成80～120mm2铜镁系合金接触线初品；
(5)将接触线初品置于220～260℃下保温3～5h；再随炉冷却至室温，得铜镁系合金接触线成品。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，将步骤(1)做的合金熔体降至1060～1090℃时缓慢浇注至铸模中。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，将所得铜镁系合金杆在295～330℃下挤压成铜镁系合金细杆。
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CN114645152A (zh) * 2022-03-14 2022-06-21 红河学院 一种高强度高导电率铜镁系合金及其制备方法

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