CN111500891B - 一种高导电铜合金转子及其制备方法 - Google Patents

一种高导电铜合金转子及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高导电铜合金转子及其制备方法，高导电铜合金转子包括以下重量百分比原料：铬0.1～2％、锆0.1～0.6％、锂0.02～0.03％、锰0.02～0.03％和稀土金属0.01～0.05％，余量为铜。本发明还包括上述高导电铜合金转子的制备方法。本发明制备方法流程简单，能够降低生产成本，所得高导电铜合金转子具有良好的导电率、高温硬度和稳定性，充分满足使用要求，延长使用寿命，有效解决了现有技术中导电性能较差、易磨损和使用寿命短等问题。

Description

一种高导电铜合金转子及其制备方法
技术领域
本发明涉及电机转子制备技术领域，具体涉及一种高导电铜合金转子及其制备方法。
背景技术
电机作为电能转化做功的工业设备，广泛应用于工农业和商业等领域，电机一般包括定子、转子、机壳以及电磁绕组线等。电子转子在高速运转时，容易产生热应力和电磁应力等，且随着温度的升高会使得转子软化，所以需要转子具有一定的强度和耐高温性能。现有方法制得的转子，虽然具有一定的导电性能，但其导电率仍不能满足使用要求，其高温硬度和稳定性等性能较差，在运行时易产生磨损，缩短使用寿命；制备方法操作繁琐，生产成本较高。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种高导电铜合金转子及其制备方法，制备方法流程简单，能够降低生产成本，所得高导电铜合金转子具有良好的导电率、高温硬度和稳定性，充分满足使用要求，延长使用寿命，有效解决了现有技术中导电性能较差、易磨损和使用寿命短等问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种高导电铜合金转子，包括以下重量百分比原料：铬0.1～2％、锆0.1～0.6％、锂0.02～0.03％、锰0.02～0.03％和稀土金属0.01～0.05％，余量为铜。
进一步，包括以下重量百分比原料：铬1.2％、锆0.3％、锂0.02％、锰0.02％和稀土金属0.03％，余量为铜。
进一步，所述稀土元素为镧、铈和钇中的至少一种。
上述高导电铜合金转子的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铜置于真空感应熔炼炉中，在1100～1300℃温度下保温5～15min，然后加入铬、锆、锂、锰分别与铜的中间合金，升温至1250～1400℃温度下保温10～40min，最后加入稀土金属与铜的中间合金，保持温度不变，再次保温5～10min，得铜合金熔炼液；
(2)将步骤(1)所得铜合金熔炼液在70～90MPa压力下压铸成型，然后在800～950℃温度下保温20～40min，水冷至室温，得铸件；
(3)将步骤(2)所得铸件在400～480℃温度下时效处理10～20h，随炉冷却至室温，再精加工，得高导电铜合金转子。
进一步，步骤(1)中，最先加入的铜为电解铜。
进一步，步骤(2)中，压铸前模具预加热至500～700℃。
进一步，步骤(2)中，压铸时铜合金熔炼液填充速度为5～6m/s。
进一步，步骤(2)中，保温后立即放入冷水中进行水冷。
进一步，步骤(3)中，在氩气环境中时效处理。
进一步，铜合金熔炼液在80MPa压力下压铸成型，然后在870℃温度下保温30min。
进一步，铸件在450℃温度下进行时效处理15h。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明制备方法流程简单易操作，能够降低生产成本，所得高导电铜合金转子具有良好的导电率、高温硬度、耐磨性和稳定性，充分满足使用要求，延长使用寿命，有效解决了现有技术中导电性能较差、易磨损和使用寿命短等问题。
2、高导电铜合金转子材料以铜为基体，加入铬可以提高转子材料的强度和硬度等力学性能，也可以提高其耐磨耐热性能，延长转子的使用寿命，降低成产成本；而锆可以进一步提高转子强度，降低中温脆性，且锆不会影响转子材料的导电性能；同时，铬和锆产生协同作用，能够获得更小更均匀的金属相，还能够提高转子的抗蠕变和抗疲劳性能，具有优异的高温强度。锂和锰的加入能够弥补转子材料导电性能的不足，提高其导电性能，但不影响本身的强度等性能。稀土金属能够与磷和硫等杂质生成熔点很高的杂质化合物，便于熔炼时的除杂；稀土金属形成化合物能够成为弥散的结晶核心，能够起到细化晶粒和改善偏析的作用；同时稀土金属原子能够填充转子材料的表面缺陷，阻碍晶粒的长大，进一步细化晶粒。
3、在制备时，先后将电解铜、铬、锆、锂、锰与铜的中间合金和稀土金属铜合金进行真空熔炼，电解铜纯度较高，真空熔炼可明显地提高韧性、疲劳强度、耐腐蚀性能，能够获得成分均匀、流动性较好的铜合金熔炼液，便于压铸；压铸所得的铸件尺寸精度高，表面光洁度好，具有较高的强度和硬度，同时压铸生产效率较高，能够快速的生产得到铸件，缩短生产时间，降低生产成本。压铸后再进行固溶处理，快速进行冷却，缩短生产流程所需时间，提高铬的固溶度，能够很好的保留高温时的细晶组织，提高转子的强度和冲击韧性，抗疲劳能力强。最后进行时效处理，富铬相在晶内和晶界上大量析出，使得导电率显著提高；同时其强度和硬度有所提高，消除铸件内的残余应力，稳定组织和尺寸，改善其机械性能。
具体实施方式
实施例1
一种高导电铜合金转子，包括以下重量百分比原料：铬0.1％、锆0.1％、锂0.02％、锰0.02％和镧0.01％，余量为铜。
上述高导电铜合金转子的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铜置于真空感应熔炼炉中，在1100℃温度下保温5min，然后加入铜-10wt％铬中间合金、铜-10wt％锆中间合金、铜-10wt％锂中间合金、BMn40-1.5锰铜合金，升温至1250℃温度下保温10min，最后加入Cu20La铜镧中间合金，保持温度不变，再次保温5min，得铜合金熔炼液；
(2)将步骤(1)所得铜合金熔炼液在70MPa压力下压铸成型，然后在800℃温度下保温20min，水冷至室温，得铸件；其中，压铸前模具预加热至500℃；
(3)将步骤(2)所得铸件在400℃温度的氩气环境中时效处理10h，随炉冷却至室温，再精加工，得高导电铜合金转子。
实施例2
一种高导电铜合金转子，包括以下重量百分比原料：铬0.9％、锆0.2％、锂0.02％、锰0.02％和铈0.02％，余量为铜。
上述高导电铜合金转子的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铜置于真空感应熔炼炉中，在1150℃温度下保温8min，然后加入铜-10wt％铬中间合金、铜-10wt％锆中间合金、铜-10wt％锂中间合金、BMn40-1.5锰铜合金，升温至1300℃温度下保温20min，最后加入Cu20Ce铜铈中间合金，保持温度不变，再次保温8min，得铜合金熔炼液；
(2)将步骤(1)所得铜合金熔炼液在75MPa压力下压铸成型，然后在850℃温度下保温30min，水冷至室温，得铸件；其中，压铸前模具预加热至550℃；
(3)将步骤(2)所得铸件在430℃温度的氩气环境中时效处理12h，随炉冷却至室温，再精加工，得高导电铜合金转子。
实施例3
一种高导电铜合金转子，包括以下重量百分比原料：铬1.2％、锆0.3％、锂0.02％、锰0.02％和稀土金属(镧和铈按质量比1:1混合)0.03％，余量为铜。
上述高导电铜合金转子的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铜置于真空感应熔炼炉中，在1200℃温度下保温10min，然后加入铜-10wt％铬中间合金、铜-10wt％锆中间合金、铜-10wt％锂中间合金、BMn40-1.5锰铜合金，升温至1300℃温度下保温25min，最后加入Cu20La铜镧中间合金、Cu20Ce铜铈中间合金，保持温度不变，再次保温8min，得铜合金熔炼液；
(2)将步骤(1)所得铜合金熔炼液在80MPa压力下压铸成型，然后在870℃温度下保温30min，水冷至室温，得铸件；其中，压铸前模具预加热至600℃；
(3)将步骤(2)所得铸件在440℃温度的氩气环境中时效处理15h，随炉冷却至室温，再精加工，得高导电铜合金转子。
实施例4
一种高导电铜合金转子，包括以下重量百分比原料：铬1.6％、锆0.5％、锂0.03％、锰0.03％和镧0.04％，余量为铜。
上述高导电铜合金转子的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铜置于真空感应熔炼炉中，在1250℃温度下保温12min，然后加入铜-10wt％铬中间合金、铜-10wt％锆中间合金、铜-10wt％锂中间合金、BMn40-1.5锰铜合金，升温至1350℃温度下保温30min，最后加入Cu20La铜镧中间合金，保持温度不变，再次保温8min，得铜合金熔炼液；
(2)将步骤(1)所得铜合金熔炼液在85MPa压力下压铸成型，然后在900℃温度下保温30min，水冷至室温，得铸件；其中，压铸前模具预加热至650℃；
(3)将步骤(2)所得铸件在460℃温度的氩气环境中时效处理15h，随炉冷却至室温，再精加工，得高导电铜合金转子。
实施例5
一种高导电铜合金转子，包括以下重量百分比原料：铬2％、锆0.6％、锂0.03％、锰0.03％和铈0.05％，余量为铜。
上述高导电铜合金转子的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铜置于真空感应熔炼炉中，在1300℃温度下保温15min，然后加入铜-10wt％铬中间合金、铜-10wt％锆中间合金、铜-10wt％锂中间合金、BMn40-1.5锰铜合金，升温至1400℃温度下保温40min，最后加入Cu20Ce铜铈中间合金，保持温度不变，再次保温10min，得铜合金熔炼液；
(2)将步骤(1)所得铜合金熔炼液在90MPa压力下压铸成型，然后在950℃温度下保温40min，水冷至室温，得铸件；其中，压铸前模具预加热至700℃；
(3)将步骤(2)所得铸件在480℃温度的氩气环境中时效处理20h，随炉冷却至室温，再精加工，得高导电铜合金转子。
对比例1
一种高导电铜合金转子，包括以下重量百分比原料：铬1.2％、锆0.3％、锰0.02％和稀土金属(镧和铈按质量比1:1混合)0.03％，余量为铜。
上述高导电铜合金转子的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铜置于真空感应熔炼炉中，在1200℃温度下保温10min，然后加入铜-10wt％铬中间合金、铜-10wt％锆中间合金、BMn40-1.5锰铜合金，升温至1300℃温度下保温25min，最后加入Cu20La铜镧中间合金、Cu20Ce铜铈中间合金，保持温度不变，再次保温8min，得铜合金熔炼液；
(2)将步骤(1)所得铜合金熔炼液在80MPa压力下压铸成型，然后在870℃温度下保温30min，水冷至室温，得铸件；其中，压铸前模具预加热至600℃；
(3)将步骤(2)所得铸件在440℃温度的氩气环境中时效处理15h，随炉冷却至室温，再精加工，得高导电铜合金转子。
对比例2
一种高导电铜合金转子，包括以下重量百分比原料：铬1.2％、锆0.3％、锂0.02％和稀土金属(镧和铈按质量比1:1混合)0.03％，余量为铜。
上述高导电铜合金转子的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铜置于真空感应熔炼炉中，在1200℃温度下保温10min，然后加入铜-10wt％铬中间合金、铜-10wt％锆中间合金、铜-10wt％锂中间合金，升温至1300℃温度下保温25min，最后加入Cu20La铜镧中间合金、Cu20Ce铜铈中间合金，保持温度不变，再次保温8min，得铜合金熔炼液；
(2)将步骤(1)所得铜合金熔炼液在80MPa压力下压铸成型，然后在870℃温度下保温30min，水冷至室温，得铸件；其中，压铸前模具预加热至600℃；
(3)将步骤(2)所得铸件在440℃温度的氩气环境中时效处理15h，随炉冷却至室温，再精加工，得高导电铜合金转子。
对比例3
一种高导电铜合金转子，包括以下重量百分比原料：铬1.2％、锆0.3％、锂0.02％和锰0.02％，余量为铜。
上述高导电铜合金转子的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铜置于真空感应熔炼炉中，在1200℃温度下保温10min，然后加入铜-10wt％铬中间合金、铜-10wt％锆中间合金、铜-10wt％锂中间合金、BMn40-1.5锰铜合金，升温至1300℃温度下保温25min，得铜合金熔炼液；
(2)将步骤(1)所得铜合金熔炼液在80MPa压力下压铸成型，然后在870℃温度下保温30min，水冷至室温，得铸件；其中，压铸前模具预加热至600℃；
(3)将步骤(2)所得铸件在440℃温度的氩气环境中时效处理15h，随炉冷却至室温，再精加工，得高导电铜合金转子。
对实施例1～5和对比例1～3所得高导电铜合金转子进行性能测试，分别测定其洛氏硬度、抗拉强度、屈服强度和电导率，结果见表1。
表1高导电铜合金转子性能测试结果
洛氏硬度/HV 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 电导率/IACS％
实施例1 198 691 675 93.4
实施例2 197 695 682 92.7
实施例3 202 706 687 94.1
实施例4 195 694 673 93.8
实施例5 194 696 679 93.2
对比例1 178 641 608 85.4
对比例2 182 632 614 84.2
对比例3 168 514 598 85.3
由上可知，本发明所得高导电铜合金转子具有较高的硬度，同时电导率较高，充分满足使用要求，延长使用寿命，尽可能的降低生产成本。
虽然本发明的具体实施方式对本发明进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种高导电铜合金转子，其特征在于，由以下重量百分比原料组成：铬0.1～2％、锆0.1～0.6％、锂0.02～0.03％、锰0.02～0.03％和稀土金属0.01～0.05％，余量为铜；所述稀土元素为镧、铈和钇中的至少一种；
上述高导电铜合金转子的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铜置于真空感应熔炼炉中，在1100～1300℃温度下保温5～15min，然后加入铬、锆、锂、锰分别与铜的中间合金，升温至1250～1400℃温度下保温10～40min，最后加入稀土金属与铜的中间合金，保持温度不变，再次保温5～10min，得铜合金熔炼液；最先加入的铜为电解铜；
(2)将步骤(1)所得铜合金熔炼液在70～90MPa压力下压铸成型，然后在800～950℃温度下保温20～40min，水冷至室温，得铸件；
(3)将步骤(2)所得铸件在400～480℃温度下的氩气环境中时效处理10～20h，随炉冷却至室温，再精加工，得高导电铜合金转子。
2.如权利要求1所述的高导电铜合金转子，其特征在于，由以下重量百分比原料组成：铬1.2％、锆0.3％、锂0.02％、锰0.02％和稀土金属0.03％，余量为铜。
3.如权利要求1所述的高导电铜合金转子，其特征在于，步骤(2)中，压铸前模具预加热至500～700℃。
4.如权利要求1所述的高导电铜合金转子，其特征在于，步骤(2)中，压铸时铜合金熔炼液填充速度为5～6m/s。
5.如权利要求1所述的高导电铜合金转子，其特征在于，步骤(2)中，保温后立即放入冷水中进行水冷。
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