CN112210692A - 一种铍青铜长导轨及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铍青铜长导轨及其制造方法，导轨材料成分按重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：0.60～1.46％、Co：0.95～1.85％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu；按这种成分配料在真空中频炉熔炼，小铸锭进行多电极电渣重熔成大铸锭后，进行热挤压或热锻，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；然后固溶处理，再进行冷拉拔或冷锻，变形量为≥6％，在410～600℃温度下保温2～4h，进行时效处理，性能达到：硬度HV₃₀≥260，导电率IACS≥50％，抗拉强度≥800MPa，屈服强度≥680MPa，伸长率≥14％，475℃高温抗拉强度≥500MPa，软化温度≥550℃。本发明铍青铜长导轨单体长度10米以上，强度高、高速耐磨好、耐高温、高导电性、抗电弧侵蚀。

Description

一种铍青铜长导轨及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种铍青铜材料及其制造技术领域，尤其涉及一种铍青铜长导轨及其制造方法。

背景技术

在汽车、水暖、机械、电子、钢铁、军工、高铁、地铁、船舶、航天等行业，通常需要大量的铍青铜材料，由于该材料的特殊性，可通过调整其成分和制造工艺来满足不同使用场合、工况的使用要求。现有汽车、钢铁、军工、高铁、地铁等行业用铍青铜导轨要求具有高导电耐承压性能，铍青铜导轨的作用是通过导轨传输大电流给载体提供大功率，使载体在高速运行过程中获取足够的能量。因此要求铍青铜导轨整体长度足够长，并且导电性好、强度高、耐磨性好。又因为载体有一定的自重，高速运行中对导轨既有冲击力又有承压力，还要在高速运行中接触良好，减少电弧侵蚀。由于现有的铍青铜真空熔炼炉一般在200公斤左右，成品在150公斤左右，而铍青铜导轨截面通常为60mm～200mm×30mm～100mm，截面大，受生产条件、后续设备配套所限，导轨单体长度在2米以下，如采用单体2米长的铍青铜导轨，通过焊接或者机械拼接方式连接，连接点多，并且连接点可能存在强度低、导电性差或接触不良等问题，在大电流通过时产生大量热量，使某些连接点很容易失效，导致整个导轨使用寿命降低，而更换工作费工费时，影响经济运行，材料消耗高，因此，用户希望铍青铜导轨连接点越少越好，以减少连接点失效概率，期望铍青铜导轨单体长度在10米以上。开发铍青铜长导轨是提高其使用寿命的最有效的方式。此外，铍青铜内部杂质多也影响铍青铜导轨的高温状态下使用性能和导电性能，为此，研究一种高性能长寿命铍青铜长导轨及其制造方法是我们材料研究者努力的方向。

铜合金强度和导热性、导电性之间存在矛盾，导热性与导电性关系成正比，通常用导电率反映导热率。按照合金化理论，合金化程度越高，合金的强度就越高，但导热性和导电性差，反之，导电率升高，则强度降低。铍铜合金时效硬化效果显著，从而保持一定的强度和导电率，因此，只要加入少量的其它合金元素，通过合金元素间的相互作用，形成金属间化合物，通过细化晶粒强化，冷变形强化和时效强化等综合强化，提高强度改善韧性并保持较高的导电性。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种强度高、高速耐磨好、减少电弧侵蚀、高导电性铍青铜长导轨及其制造方法。本发明是在低Be铜合金基础上加入Co、Ni和微量Zr元素，发挥合金元素相互作用的优势，并通过多电极电渣重熔炉实现小铸锭变大铸锭，同时进一步去除锭内杂质，得到材料性能更好的长寿命铍青铜长导轨。本发明所述“多电极电渣重熔炉”是指电极数在三根及以上电渣重熔炉。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种铍青铜长导轨，其特征在于，长度10米以上，其成分重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：0.60～1.46％、Co：0.95～1.85％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu和其他不可避免的杂质，Be+Ni+Co之和2.50～3.50％；按这种成分配料在真空中频感应炉熔炼，浇注成小铸锭，小铸铸锭进行多电极电渣重熔成大铸锭后表面机加工、切冒口，再进行热挤压或热锻，挤压或热锻温度区间为905～930℃，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；将挤压或热锻后的半成品进行固溶处理，处理温度为910～960℃，固溶时间1～3h，在1分钟内入水中整体淬火；对半成品进行冷拉拔或冷锻，变形量为≥6％，随后校直，在410～600℃温度下保温2～4h，进行时效处理，待炉内冷却到100℃以下出炉后进行最终校直，性能达到：硬度HV₃₀≥260，导电率IACS≥50％，抗拉强度≥800MPa，屈服强度≥680MPa，伸长率≥14％，475℃高温抗拉强度≥500MPa，软化温度≥550℃。

优选的，一种铍青铜长导轨，其特征在于，长度10米以上，其成分重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：1.25～1.46％、Co：0.95～1.15％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu和其他不可避免的杂质，Be+Ni+Co之和2.50～3.50％；按这种成分配料在真空中频感应炉熔炼，浇注成小铸锭，小铸锭进行多电极电渣重熔成大铸锭后表面机加工、切冒口，再进行热挤压或热锻，挤压或热锻温度区间为905～925℃，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；将挤压或热锻后的半成品进行固溶处理，处理温度为910～940℃，固溶时间1～3h，在1分钟内入水中整体淬火；对半成品进行冷拉拔或冷锻，变形量为≥9％，随后校直，在490～550℃温度下保温2～4h，进行时效处理，待炉内冷却到100℃以下出炉后进行最终校直，性能达到：硬度HV₃₀≥265，导电率IACS≥54％，抗拉强度≥820MPa，屈服强度≥700MPa，伸长率≥16％，475℃高温抗拉强度≥520MPa，软化温度≥580℃。

优选的，一种铍青铜长导轨，其特征在于，长度10米以上，其成分重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：0.60～0.95％、Co：1.45～1.85％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu和其他不可避免的杂质，Be+Ni+Co之和2.50～3.50％；按这种成分配料在真空中频感应炉熔炼，浇注成小铸锭，小铸锭进行多电极电渣重熔成大铸锭后表面机加工、切冒口，再进行热挤压或热锻，挤压或热锻温度区间为910～930℃，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；将挤压或热锻后的半成品进行固溶处理，处理温度为910～948℃，固溶时间1～3h，在1分钟内入水中整体淬火；对半成品进行冷拉拔或冷锻，变形量为≥6％，随后校直，在410～440℃温度下保温2～4h，进行时效处理，待炉内冷却到100℃以下出炉后进行最终校直，性能达到：硬度HV₃₀≥290，导电率IACS≥50％，抗拉强度≥900MPa，屈服强度≥750MPa，伸长率≥14％，475℃高温抗拉强度≥580MPa，软化温度≥560℃。

优选的，一种铍青铜长导轨，其特征在于，长度10米以上，其成分重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：1.00～1.20％、Co：1.20～1.40％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu和其他不可避免的杂质，Be+Ni+Co之和2.50～3.50％；按这种成分配料在真空中频感应炉熔炼，浇注成小铸锭，小铸锭进行多电极电渣重熔成大铸锭后表面机加工、切冒口，再进行热挤压或热锻，挤压或热锻温度区间为910～925℃，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；将挤压或热锻后的半成品进行固溶处理，处理温度为915～945℃，固溶时间1～3h，在1分钟内入水中整体淬火；对半成品进行冷拉拔或冷锻，变形量为≥7％，随后校直，在415～445℃温度下保温2～4h，进行时效处理，待炉内冷却到100℃以下出炉后进行最终校直，性能达到：硬度HV₃₀≥275，导电率IACS≥52％，抗拉强度≥850MPa，屈服强度≥710MPa，伸长率≥15％，475℃高温抗拉强度≥550MPa，软化温度≥570℃。

所述一种铍青铜长导轨的截面为长方形、正方形或半圆形。

一种铍青铜长导轨的制造方法，包括以下步骤：

S1，真空中频感应炉熔炼：在真空中频感应炉中依次加入电解铜板、镍板、纯钴片，通电熔化后加入Cu-Be中间合金、Cu-Zr中间合金，电磁搅拌，调整成分，熔炼温度为1330～1360℃，持续时间40～60分钟，真空度保持在-0.01～-0.03MPa，熔清后通入氩气，将熔液直接浇注到金属铸型中，浇注温度为1250～1280℃，之后冷却，取出，得到低铍铜合金小铸锭，其成分重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：0.60～1.46％、Co：0.95～1.85％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu和其他不可避免的杂质，Be+Ni+Co之和2.50～3.50％；

S2，电渣重熔：将至少三根低铍铜合金小铸锭连接在多电极电渣重熔炉的电极上，电渣重熔成大铸锭；

S3，电渣重熔锭挤压或热锻：将所述大铸锭表面机加工、切冒口，再进行热挤压或热锻成半成品，挤压或热锻温度区间为905～930℃，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；

S4，半成品固溶处理：将挤压或热锻后的半成品进行固溶处理，处理温度为910～960℃，固溶时间1～3h，在1分钟内入水中整体淬火；

S5，半成品冷拉拔或冷锻：将固溶处理后的半成品进行冷拉拔或冷锻，变形量为≥6％，随后校直，得到成品；

S6，时效热处理：将成品在410～600℃温度下保温2～4h，待炉内冷却到100℃以下出炉后进行最终校直，长度10米以上，性能达到：硬度HV₃₀≥260，导电率IACS≥50％，抗拉强度≥800MPa，屈服强度≥680MPa，伸长率≥14％，475℃高温抗拉强度≥500MPa，软化温度≥550℃。

优选的，一种铍青铜长导轨的制造方法，包括以下步骤：

S1，真空中频感应炉熔炼：在真空中频感应炉中依次加入电解铜板、镍板、纯钴片，通电熔化后加入Cu-Be中间合金、Cu-Zr中间合金，电磁搅拌，调整成分，熔炼温度为1335～1355℃，持续时间40～55分钟，真空度保持在-0.01～-0.02MPa，熔清后通入氩气，将熔液直接浇注到金属铸型中，浇注温度为1255～1275℃，之后冷却，取出，得到低铍铜合金小铸锭，其成分重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：1.25～1.46％、Co：0.95～1.15％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu和其他不可避免的杂质，Be+Ni+Co之和2.50～3.50％；

S2，电渣重熔：将至少三根低铍铜合金小铸锭连接在多电极电渣重熔炉的电极上，电渣重熔成大铸锭；

S3，电渣重熔锭挤压或热锻：将所述大铸锭表面机加工、切冒口，再进行热挤压或热锻成半成品，挤压或热锻温度区间为905～925℃，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；

S4，半成品固溶处理：将挤压或热锻后的半成品进行固溶处理，处理温度为910～940℃，固溶时间1～3h，在1分钟内入水中整体淬火；

S5，半成品冷拉拔或冷锻：将固溶处理后的半成品进行冷拉拔或冷锻，变形量为≥9％，随后校直，得到成品；

S6，时效热处理：将成品在490～550℃温度下保温2～4h，待炉内冷却到100℃以下出炉后进行最终校直，长度10米以上，性能达到：硬度HV₃₀≥265，导电率IACS≥54％，抗拉强度≥820MPa，屈服强度≥700MPa，伸长率≥16％，475℃高温抗拉强度≥520MPa，软化温度≥580℃。

优选的，一种铍青铜长导轨的制造方法，包括以下步骤：

S1，真空中频感应炉熔炼：在真空中频感应炉中依次加入电解铜板、镍板、纯钴片，通电熔化后加入Cu-Be中间合金、Cu-Zr中间合金，电磁搅拌，调整成分，熔炼温度为1340～1360℃，持续时间45～60分钟，真空度保持在-0.02～-0.03MPa，熔清后通入氩气，将熔液直接浇注到金属铸型中，浇注温度为1260～1280℃，之后冷却，取出，得到低铍铜合金小铸锭，其成分重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：0.60～0.95％、Co：1.45～1.85％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu和其他不可避免的杂质，Be+Ni+Co之和2.50～3.50％；

S2，电渣重熔：将至少三根低铍铜合金小铸锭连接在多电极电渣重熔炉的电极上，电渣重熔成大铸锭；

S3，电渣重熔锭挤压或热锻：将所述大铸锭表面机加工、切冒口，再进行热挤压或热锻成半成品，挤压或热锻温度区间为910～930℃，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；

S4，半成品固溶处理：将挤压或热锻后的半成品进行固溶处理，处理温度为910～948℃，固溶时间1～3h，在1分钟内入水中整体淬火；

S5，半成品冷拉拔或冷锻：将固溶处理后的半成品进行冷拉拔或冷锻，变形量为≥6％，随后校直，得到成品；

S6，时效热处理：将成品在410～440℃温度下保温2～4h，待炉内冷却到100℃以下出炉后进行最终校直，长度10米以上，性能达到：硬度HV₃₀≥290，导电率IACS≥50％，抗拉强度≥900MPa，屈服强度≥750MPa，伸长率≥14％，475℃高温抗拉强度≥580MPa，软化温度≥560℃。

优选的，一种铍青铜长导轨的制造方法，包括以下步骤：

S1，真空中频感应炉熔炼：在真空中频感应炉中依次加入电解铜板、镍板、纯钴片，通电熔化后加入Cu-Be中间合金、Cu-Zr中间合金，电磁搅拌，调整成分，熔炼温度为1338～1358℃，持续时间45～55分钟，真空度保持在-0.01～-0.02MPa，熔清后通入氩气，将熔液直接浇注到金属铸型中，浇注温度为1258～1278℃，之后冷却，取出，得到低铍铜合金小铸锭，其成分重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：1.00～1.20％、Co：1.20～1.40％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu和其他不可避免的杂质，Be+Ni+Co之和2.50～3.50％；

S2，电渣重熔：将至少三根低铍铜合金小铸锭连接在多电极电渣重熔炉的电极上，电渣重熔成大铸锭；

S3，电渣重熔锭挤压或热锻：将所述大铸锭表面机加工、切冒口，再进行热挤压或热锻成半成品，挤压或热锻温度区间为910～925℃，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；

S4，半成品固溶处理：将挤压或热锻后的半成品进行固溶处理，处理温度为915～945℃，固溶时间1～3h，在1分钟内入水中整体淬火；

S5，半成品冷拉拔或冷锻：将固溶处理后的半成品进行冷拉拔或冷锻，变形量为≥7％，随后校直，得到成品；

S6，时效热处理：将成品在415～445℃温度下保温2～4h，待炉内冷却到100℃以下出炉后进行最终校直，长度10米以上，性能达到：硬度HV₃₀≥275，导电率IACS≥52％，抗拉强度≥850MPa，屈服强度≥710MPa，伸长率≥15％，475℃高温抗拉强度≥550MPa，软化温度≥570℃。

本发明的总体思路是：为了满足铍青铜长导轨的生产制造及性能要求，对现有的生产工艺装备进行重组，在真空中频感应炉后增加多电极电渣重熔炉，采用大型卧式挤压机或大功率锻压设备，并对固溶、时效设备进行扩容改造，形成铍青铜长导轨生产线。通过真空炉铸小锭，再采用多电极电渣重熔炉铸大锭，一方面解决了本发明铍青铜长导轨的坯料问题，另一方面多电极(三根及以上)电渣重熔，有利于金属熔池变浅，从而更好地控制铸锭的凝固组织，使得进一步净化铜水，细化晶粒，降低合金成分的偏析程度，更有利于材料性能的稳定性和均匀性，尽可能消除产品内部的缺陷源，避免其在使用中不断劣化，减少产品在使用中产生失效的概率。在低铍(Be：0.40～0.58％)铜合金基础上加入Ni、Co、Zr元素，有利于发挥合金元素相互作用的优势，最大程度固溶，并通过合适的热挤压或热锻、冷拉拔或冷锻、时效热处理得到符合设计要求的高导电性铍青铜长导轨新品种材料。材料成分中利用Be元素很强的固溶强化作用，同时对铜有脱氧作用，能显著提高铜的高温抗氧化性，更为重要的是Be含量≥0.40％有利于合金表面形成致密的保护层，从而降低载体在大电流通过的轨道上高速运行时的电弧侵蚀。加入的Co，它可以在晶界析出，形成化合物CoBe及CoBe₂₁，属体心立方晶格，其显微硬度高达443MPa，因而可以通过固溶与时效处理提高铍青铜的强度性能。Co同样能阻碍铍青铜在加热过程中的晶粒长大，抑制晶界反应，从而提高合金的沉淀硬化效果，有利于提升材料高温性能。加入Ni，Ni和Cu能够无限固溶成α相，这样可以进一步强化基体，Ni和Be能形成NiBe和Ni₅Be₂₁，能延缓再结晶，阻止合金加热时晶粒长大，显著减慢冷却时的相变过程，抑制时效中的晶界反应。Zr在铜液凝固、冷却过程中，Zr首先呈Cu₃Zr微细颗粒析出，可阻碍α-Cu的晶粒长大，并成为CoBe的大量结晶核心，细化初生CoBe起到变质作用,时效时也有Cu₃Zr微细颗粒析出，Cu₃Zr在较高使用温度下不易聚集长大，可提高合金的再结晶温度，从而大大改善合金的高温机械性能。

本发明铍青铜长导轨合金含量高，要求Be+Ni+Co之和2.50～3.50％，来保证本发明所述铍青铜长导轨的性能；采用低Be铜合金，并以Ni-Co-Zr三元合金按一定比例加入，使基体获得最大的沉淀硬化效应，时效处理后得到弥散分布的极为细小的金属间化合物CoBe、CoBe₂₁、NiBe、Ni₅Be₂₁和Cu₃Zr微细颗粒。镍和钴与铍结合，形成对时效硬化有效的铍化合物，抑止晶粒长大。镍的含量应控制在0.60～1.46％，当镍的含量过低时，上述益处不明显，当镍的含量过高时，导电率和加工性能下降；钴的含量应控制在0.95～1.85％，当钴的含量过低时，不能充分析出钴的铍化物第二相粒子，所述益处也不明显，当钴的含量过高时，会导致析出钴的铍化物第二相粒子过多，影响合金的加工性能；锆的含量应控制在0.09～0.46％，锆对铜合金导电性能的影响较小，少量的锆可形成细小弥散的析出相，不但可进一步提高合金材料的硬度，延缓和推迟再结晶，还可显著提高铜合金的软化温度，细化再结晶晶粒，锆含量过低，则无法提高或只能少量提高材料软化温度，锆含量过高，对材料电导率的不利影响开始增加，且成本较高。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过普通真空中频感应炉熔炼铸小锭，再采用多电极电渣重熔炉铸大锭，解决了铍青铜长导轨的坯料问题，并且进一步净化铜水，降低夹杂物和有害气体，提高材料性能的稳定性和均匀性；在低铍(Be：0.40～0.58％)铜合金基础上加入Ni、Co、Zr元素，有利于发挥合金元素相互作用的优势，并通过合适的工艺参数控制挤压或热锻、冷拉拔或冷锻、时效热处理得到符合设计要求的单体长度在10米以上的铍青铜长导轨新品种材料，满足用户导轨装配连接点减少、强度高、高速耐磨好、耐高温、高导电性、减少电弧侵蚀要求。

附图说明

图1是本发明铍青铜长导轨生产工艺流程示意图。

图2是本发明铍青铜长导轨生产工艺过程控制图。

图中：1、真空中频感应炉，101、抽气管，102、测量口，103、加料口，104、观察孔，105、石墨坩埚，106、金属铸模，2、多电极电渣重熔炉，201、冷却圈，202、排气管，203、铜电极杆，204、冷却底板，205、冷却水管，3、机床，4、大型卧式挤压机，401、挤压筒，402、挤压模，403、挤压垫片，404、挤压轴，5、深井式电阻炉，6、水淬箱，7、拉拔机，701、拉拔模，702、夹头，8、长箱式电阻炉，9、矫直机。

具体实施方式：

下面结合附图、生产工艺流程和实施例对本发明作进一步的描述。参见图1和图2，图中：每个框代表一个生产工序装备，虚线框表示该工序新增或配套扩容改造，箭头表示生产运行的方向。真空中频感应炉1炉体内设置有石墨坩埚105和金属铸模106，炉体的顶面设置有抽气管101、测量口102、加料口103和观察孔104，以实现铜的冶炼。多电极电渣重熔炉2包括冷却圈201、排气管202、铜电极杆203、冷却底板204和冷却水管205，冷却圈201位于多电极电渣重熔炉2的外壁，冷却底板204位于多电极电渣重熔炉2的底部，冷却水管205连接到冷却圈201和冷却底板204，冷却圈201的上部设有排气管202。所述电极即铜电极杆203至少三根，分别用来连接真空中频感应炉1生产的小铸锭，以实现多个小铸锭熔化变大铸锭，同时进一步净化铜水，去除夹杂物和有害气体。多电极电渣重熔炉2的生产能力应满足铍青铜长导轨的坯料要求。大型卧式挤压机4包括挤压筒401、挤压模402、挤压垫片403和挤压轴404，挤压能力应满足大截面热挤压要求。通过大型挤压设备实现大截面、长导轨的铍青铜材料热变形。深井式电阻炉5是对现有井式电阻炉扩容配套改造，以满足铍青铜长导轨能够固溶。水淬箱6也是对现有的循环水冷却系统扩容配套改造，以满足铍青铜长导轨能够水淬。拉拔机7由拉拔模701、夹头702构成，以实现铍青铜材料最终变形达到交货截面尺寸和长度要求。长箱式电阻炉8是对现有箱式电阻炉扩容配套改造，以满足铍青铜长导轨能够时效处理。

如图1、图2，一种铍青铜长导轨的生产工艺流程是：配料→真空中频感应炉熔炼→小铸锭→多电极电渣重熔→大铸锭→表面机加工、切冒口→热挤压或热锻→固溶处理→冷拉拔或冷锻→校直→时效热处理→校直→检测→入库。本发明生产设备选用200kg真空中频感应炉1熔炼，再根据铍青铜长导轨产品的截面、长度、单重，选择1吨、2吨或3吨多电极电渣重熔炉2重熔，使单体长度满足10米以上要求，挤压设备采用5000吨挤压力、6300吨挤压力或10000吨挤压力的大型卧式挤压机4，或采用4500吨锻造油压机，固溶设备选用10米～18米深井式电阻炉5，水淬设备选用深度为10米～18米的水淬箱6，时效设备选用10米～18米长箱式电阻炉8，机床3、拉拔机7或冷锻设备、校直机9选用常规设备。

结合图1、图2，在200kg真空中频感应炉1中依次加入电解铜板155～160kg、镍板1.20～3.0kg、纯钴片2.0～3.7kg，通电熔化后加入Cu-3.8Be中间合金25～30kg、Cu-10Zr中间合金1.80～8.0kg，熔清后浇注成小铸锭，获得成分重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：0.60～1.46％、Co：0.95～1.85％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu和其他不可避免的杂质，Be+Ni+Co之和2.50～3.50％；小铸锭采用多电极电渣重熔炉2进行多电极电渣重熔成大铸锭后采用机床3表面机加工、切冒口，再采用大型卧式挤压机4进行热挤压或锻压设备热锻，挤压或热锻温度区间为905～930℃，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；将挤压或热锻后的半成品采用深井式电阻炉5进行固溶处理，处理温度为910～960℃，固溶时间1～3h，在1分钟内入水淬箱6的水中整体淬火；对半成品采用拉拔机7进行冷拉拔或锻压设备冷锻，变形量为≥6％，随后采用校直机9校直，在长箱式电阻炉8内410～600℃温度下保温2～4h，进行时效处理，待炉内冷却到100℃以下出炉后采用校直机9进行最终校直，获得铍青铜长导轨单体长度10米以上，性能达到：硬度HV₃₀≥260，导电率IACS≥50％，抗拉强度≥800MPa，屈服强度≥680MPa，伸长率≥14％，475℃高温抗拉强度≥500MPa，软化温度≥550℃。

上述铍青铜长导轨的制造方法，包括以下步骤：

S1，真空中频感应炉熔炼：在200kg真空中频感应炉1中依次加入电解铜板155～160kg、镍板1.20～3.0kg、纯钴片2.0～3.7kg，通电熔化后加入Cu-3.8Be中间合金25～30kg、Cu-10Zr中间合金1.80～8.0kg，电磁搅拌，调整成分，熔炼温度为1330～1360℃，持续时间40～60分钟，真空度保持在-0.01～-0.03MPa，熔清后通入氩气，将熔液直接浇注到金属铸模106中，浇注温度为1250～1280℃，之后冷却，取出，得到低铍铜合金小铸锭，其成分重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：0.60～1.46％、Co：0.95～1.85％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu和其他不可避免的杂质，Be+Ni+Co之和2.50～3.50％；

S2，电渣重熔：将至少三根低铍铜合金小铸锭焊接在多电极电渣重熔炉2的电极上，电渣重熔成大铸锭；

S3，电渣重熔锭挤压或热锻：将所述大铸锭表面机加工、切冒口，再进行热挤压或热锻成半成品，挤压或热锻温度区间为905～930℃，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；

S4，半成品固溶处理：将挤压或热锻后的半成品进行固溶处理，处理温度为910～960℃，固溶时间1～3h，在1分钟内入水中整体淬火；

S5，半成品冷拉拔或冷锻：将固溶处理后的半成品进行冷拉拔或冷锻，变形量为≥6％，随后校直，得到成品；

S6，时效热处理：将成品在410～600℃温度下保温2～4h，待炉内冷却到100℃以下出炉后进行最终校直，长度10米以上，性能达到：硬度HV₃₀≥260，导电率IACS≥50％，抗拉强度≥800MPa，屈服强度≥680MPa，伸长率≥14％，475℃高温抗拉强度≥500MPa，软化温度≥550℃。

本发明所述电解铜板含Cu量为99.99％、镍板含Ni量为99.99％、纯钴片含Co量为99.99％，Cu-Be中间合金为Cu-3.3Be或Cu-3.8Be、Cu-Zr中间合金为Cu-10Zr或Cu-20Zr。

上述产品和制造方法是满足用户的基本要求，事实上用户根据载体自重、运行工况会对铍青铜长导轨的截面、长度、硬度、抗拉强度、屈服强度、高温性能或导电率提出个性化要求，有些用户要求材料硬度(强度)高，高速耐磨性好，导电率IACS≥50％就可；有些用户要求材料导电率高，IACS≥54％，硬度(强度)满足基本要求；还有些用户要求材料折中，既保证较高硬度(强度)，又保证较高导电率，IACS≥52％，此时，需要对镍板、纯钴片加入量在上述范围内微调，相应的工艺参数也进行调整。具体实施例列于表1，获得的性能列于表2。

表1铍青铜长导轨生产工艺参数

表2铍青铜长导轨产品检测性能

由表1、表2可知，用本发明的成分设计及制造方法生产的铍青铜长导轨单体长度达10米以上，性能比ASTMB534的C17500铍青铜材料的综合性能更好，导电率相当，尤其是在硬度、抗拉强度、屈服强度、高温性能方面，具有优越性，满足用户导轨装配连接点减少、使用寿命更长的需求。

本发明所述真空中频感应炉1、多电极电渣重熔炉2、机床3、大型卧式挤压机4、深井式电阻炉5、水淬箱6、拉拔机7、长箱式电阻炉8及矫直机9属公知公用技术，这些设备的工作原理和具体结构不再赘述。

Claims (9)

1.一种铍青铜长导轨，其特征在于，长度10米以上，其成分重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：0.60～1.46％、Co：0.95～1.85％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu和其他不可避免的杂质，Be+Ni+Co之和2.50～3.50％；按这种成分配料在真空中频感应炉熔炼，浇注成小铸锭，小铸锭进行多电极电渣重熔成大铸锭后表面机加工、切冒口，再进行热挤压或热锻，挤压或热锻温度区间为905～930℃，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；将挤压或热锻后的半成品进行固溶处理，处理温度为910～960℃，固溶时间1～3h，在1分钟内入水中整体淬火；对半成品进行冷拉拔或冷锻，变形量为≥6％，随后校直，在410～600℃温度下保温2～4h，进行时效处理，待炉内冷却到100℃以下出炉后进行最终校直，性能达到：硬度HV₃₀≥260，导电率IACS≥50％，抗拉强度≥800MPa，屈服强度≥680MPa，伸长率≥14％，475℃高温抗拉强度≥500MPa，软化温度≥550℃。

2.根据权利要求1所述的一种铍青铜长导轨，其特征在于，长度10米以上，其成分重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：1.25～1.46％、Co：0.95～1.15％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu和其他不可避免的杂质，Be+Ni+Co之和2.50～3.50％；按这种成分配料在真空中频感应炉熔炼，浇注成小铸锭，小铸锭进行多电极电渣重熔成大铸锭后表面机加工、切冒口，再进行热挤压或热锻，挤压或热锻温度区间为905～925℃，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；将挤压或热锻后的半成品进行固溶处理，处理温度为910～940℃，固溶时间1～3h，在1分钟内入水中整体淬火；对半成品进行冷拉拔或冷锻，变形量为≥9％，随后校直，在490～550℃温度下保温2～4h，进行时效处理，待炉内冷却到100℃以下出炉后进行最终校直，性能达到：硬度HV₃₀≥265，导电率IACS≥54％，抗拉强度≥820MPa，屈服强度≥700MPa，伸长率≥16％，475℃高温抗拉强度≥520MPa，软化温度≥580℃。

3.根据权利要求1所述的一种铍青铜长导轨，其特征在于，长度10米以上，其成分重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：0.60～0.95％、Co：1.45～1.85％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu和其他不可避免的杂质，Be+Ni+Co之和2.50～3.50％；按这种成分配料在真空中频感应炉熔炼，浇注成小铸锭，小铸锭进行多电极电渣重熔成大铸锭后表面机加工、切冒口，再进行热挤压或热锻，挤压或热锻温度区间为910～930℃，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；将挤压或热锻后的半成品进行固溶处理，处理温度为910～948℃，固溶时间1～3h，在1分钟内入水中整体淬火；对半成品进行冷拉拔或冷锻，变形量为≥6％，随后校直，在410～440℃温度下保温2～4h，进行时效处理，待炉内冷却到100℃以下出炉后进行最终校直，性能达到：硬度HV₃₀≥290，导电率IACS≥50％，抗拉强度≥900MPa，屈服强度≥750MPa，伸长率≥14％，475℃高温抗拉强度≥580MPa，软化温度≥560℃。

4.根据权利要求1所述的一种铍青铜长导轨，其特征在于，长度10米以上，其成分重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：1.00～1.20％、Co：1.20～1.40％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu和其他不可避免的杂质，Be+Ni+Co之和2.50～3.50％；按这种成分配料在真空中频感应炉熔炼，浇注成小铸锭，小铸锭进行多电极电渣重熔成大铸锭后表面机加工、切冒口，再进行热挤压或热锻，挤压或热锻温度区间为910～925℃，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；将挤压或热锻后的半成品进行固溶处理，处理温度为915～945℃，固溶时间1～3h，在1分钟内入水中整体淬火；对半成品进行冷拉拔或冷锻，变形量为≥7％，随后校直，在415～445℃温度下保温2～4h，进行时效处理，待炉内冷却到100℃以下出炉后进行最终校直，性能达到：硬度HV₃₀≥275，导电率IACS≥52％，抗拉强度≥850MPa，屈服强度≥710MPa，伸长率≥15％，475℃高温抗拉强度≥550MPa，软化温度≥570℃。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种铍青铜长导轨，其特征在于，所述铍青铜长导轨的截面为长方形、正方形或半圆形。

6.一种铍青铜长导轨的制造方法，包括以下步骤：

S1，真空中频感应炉熔炼：在真空中频感应炉中依次加入电解铜板、镍板、纯钴片，通电熔化后加入Cu-Be中间合金、Cu-Zr中间合金，电磁搅拌，调整成分，熔炼温度为1330～1360℃，持续时间40～60分钟，真空度保持在-0.01～-0.03MPa，熔清后通入氩气，将熔液直接浇注到金属铸型中，浇注温度为1250～1280℃，之后冷却，取出，得到低铍铜合金小铸锭，其成分重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：0.60～1.46％、Co：0.95～1.85％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu和其他不可避免的杂质，Be+Ni+Co之和2.50～3.50％；

S2，电渣重熔：将至少三根低铍铜合金小铸锭连接在多电极电渣重熔炉的电极上，电渣重熔成大铸锭；

S3，电渣重熔锭挤压或热锻：将所述大铸锭表面机加工、切冒口，再进行热挤压或热锻成半成品，挤压或热锻温度区间为905～930℃，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；

S4，半成品固溶处理：将挤压或热锻后的半成品进行固溶处理，处理温度为910～960℃，固溶时间1～3h，在1分钟内入水中整体淬火；

S5，半成品冷拉拔或冷锻：将固溶处理后的半成品进行冷拉拔或冷锻，变形量为≥6％，随后校直，得到成品；

S6，时效热处理：将成品在410～600℃温度下保温2～4h，待炉内冷却到100℃以下出炉后进行最终校直，长度10米以上，性能达到：硬度HV₃₀≥260，导电率IACS≥50％，抗拉强度≥800MPa，屈服强度≥680MPa，伸长率≥14％，475℃高温抗拉强度≥500MPa，软化温度≥550℃。

7.根据权利要求6所述的一种铍青铜长导轨的制造方法，包括以下步骤：

S1，真空中频感应炉熔炼：在真空中频感应炉中依次加入电解铜板、镍板、纯钴片，通电熔化后加入Cu-Be中间合金、Cu-Zr中间合金，电磁搅拌，调整成分，熔炼温度为1335～1355℃，持续时间40～55分钟，真空度保持在-0.01～-0.02MPa，熔清后通入氩气，将熔液直接浇注到金属铸型中，浇注温度为1255～1275℃，之后冷却，取出，得到低铍铜合金小铸锭，其成分重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：1.25～1.46％、Co：0.95～1.15％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu和其他不可避免的杂质，Be+Ni+Co之和2.50～3.50％；

S2，电渣重熔：将至少三根低铍铜合金小铸锭连接在多电极电渣重熔炉的电极上，电渣重熔成大铸锭；

S3，电渣重熔锭挤压或热锻：将所述大铸锭表面机加工、切冒口，再进行热挤压或热锻成半成品，挤压或热锻温度区间为905～925℃，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；

S4，半成品固溶处理：将挤压或热锻后的半成品进行固溶处理，处理温度为910～940℃，固溶时间1～3h，在1分钟内入水中整体淬火；

S5，半成品冷拉拔或冷锻：将固溶处理后的半成品进行冷拉拔或冷锻，变形量为≥9％，随后校直，得到成品；

S6，时效热处理：将成品在490～550℃温度下保温2～4h，待炉内冷却到100℃以下出炉后进行最终校直，长度10米以上，性能达到：硬度HV₃₀≥265，导电率IACS≥54％，抗拉强度≥820MPa，屈服强度≥700MPa，伸长率≥16％，475℃高温抗拉强度≥520MPa，软化温度≥580℃。

8.根据权利要求6所述的一种铍青铜长导轨的制造方法，包括以下步骤：

S1，真空中频感应炉熔炼：在真空中频感应炉中依次加入电解铜板、镍板、纯钴片，通电熔化后加入Cu-Be中间合金、Cu-Zr中间合金，电磁搅拌，调整成分，熔炼温度为1340～1360℃，持续时间45～60分钟，真空度保持在-0.02～-0.03MPa，熔清后通入氩气，将熔液直接浇注到金属铸型中，浇注温度为1260～1280℃，之后冷却，取出，得到低铍铜合金小铸锭，其成分重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：0.60～0.95％、Co：1.45～1.85％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu和其他不可避免的杂质，Be+Ni+Co之和2.50～3.50％；

S2，电渣重熔：将至少三根低铍铜合金小铸锭连接在多电极电渣重熔炉的电极上，电渣重熔成大铸锭；

S3，电渣重熔锭挤压或热锻：将所述大铸锭表面机加工、切冒口，再进行热挤压或热锻成半成品，挤压或热锻温度区间为910～930℃，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；

S4，半成品固溶处理：将挤压或热锻后的半成品进行固溶处理，处理温度为910～948℃，固溶时间1～3h，在1分钟内入水中整体淬火；

S5，半成品冷拉拔或冷锻：将固溶处理后的半成品进行冷拉拔或冷锻，变形量为≥6％，随后校直，得到成品；

S6，时效热处理：将成品在410～440℃温度下保温2～4h，待炉内冷却到100℃以下出炉后进行最终校直，长度10米以上，性能达到：硬度HV₃₀≥290，导电率IACS≥50％，抗拉强度≥900MPa，屈服强度≥750MPa，伸长率≥14％，475℃高温抗拉强度≥580MPa，软化温度≥560℃。

9.根据权利要求6所述的一种铍青铜长导轨的制造方法，包括以下步骤：

S1，真空中频感应炉熔炼：在真空中频感应炉中依次加入电解铜板、镍板、纯钴片，通电熔化后加入Cu-Be中间合金、Cu-Zr中间合金，电磁搅拌，调整成分，熔炼温度为1338～1358℃，持续时间45～55分钟，真空度保持在-0.01～-0.02MPa，熔清后通入氩气，将熔液直接浇注到金属铸型中，浇注温度为1258～1278℃，之后冷却，取出，得到低铍铜合金小铸锭，其成分重量百分比为：Be：0.40～0.58％、Ni：1.00～1.20％、Co：1.20～1.40％、Zr：0.09～0.46％，其余为Cu和其他不可避免的杂质，Be+Ni+Co之和2.50～3.50％；

S2，电渣重熔：将至少三根低铍铜合金小铸锭连接在多电极电渣重熔炉的电极上，电渣重熔成大铸锭；

S3，电渣重熔锭挤压或热锻：将所述大铸锭表面机加工、切冒口，再进行热挤压或热锻成半成品，挤压或热锻温度区间为910～925℃，挤压比≥2或热锻变形比≥1.5；

S4，半成品固溶处理：将挤压或热锻后的半成品进行固溶处理，处理温度为915～945℃，固溶时间1～3h，在1分钟内入水中整体淬火；

S5，半成品冷拉拔或冷锻：将固溶处理后的半成品进行冷拉拔或冷锻，变形量为≥7％，随后校直，得到成品；

S6，时效热处理：将成品在415～445℃温度下保温2～4h，待炉内冷却到100℃以下出炉后进行最终校直，长度10米以上，性能达到：硬度HV₃₀≥275，导电率IACS≥52％，抗拉强度≥850MPa，屈服强度≥710MPa，伸长率≥15％，475℃高温抗拉强度≥550MPa，软化温度≥570℃。

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