CN113210451A - 一种转子导条及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转子导条及其制备方法和应用。该转子导条的制备方法包括下述步骤：将含铜锭坯进行反向挤压处理和热处理即可；反向挤压处理中，挤压速度为5～15mm/s，压余量为10～30mm。本发明中转子导条的制备方法有效地提高了材料利用率，降低了能耗，且制得的转子导条均匀，致密性和连续性较好。
Description
技术领域
本发明涉及一种转子导条及其制备方法和应用。
背景技术
铜转子导条和铜合金转子导条是异步牵引电机的核心部件，其传统的生产工艺是将金属铸锭锭坯通过正向热挤压工艺得到转子导条型材，转子导条型材经后续冷变形、热处理及机加工工艺得到铜转子导条成品或铜合金转子导条成品，即目前的生产工艺流程一般为：原料熔炼—正向热挤压—冷拉变形—热处理—机加工。其中，正向热挤压是常用的金属挤压加工方法，通过施加外力，使挤压筒内的金属承受三项压应力从而产生塑性变形，获得截面形状和尺寸与模孔相同的管、棒、型和线坯。
但是，正向挤压时，金属流动的方向与挤压轴的运动方向相同，整个锭坯沿挤压筒内壁以与挤压轴运动方向相同的方向和速度移动，在挤压筒壁与锭坯之间产生摩擦，一般需要用去全部挤压力的30％以上来克服摩擦阻力，由于金属锭坯与挤压工具间产生摩擦力，造成了变形区金属的不均匀流动，从而产生挤压缩尾现象。
缩尾是正向挤压过程中容易产生的缺陷，不仅会破坏材料的致密性和连续性，还严重影响了材料的性能，一般需通过肉眼及超声波探伤检测后去除。但由于缺陷不规则不稳定，有检测盲区，存在无法完全识别出的风险，且在后续加工中无法压合，挤压产品存在一定的质量风险，可能会给后续企业带来经济损失。此外，由于正向热挤压时材料变形不均匀，挤压头部的晶粒不能满足产品要求，需要去除一定的长度不均匀的区域，而且挤压后期尾部的金属流动紊乱，产生缩尾现象，也必须裁剪去除；可见，头尾均裁剪工艺废料，显著降低了材料的利用率。同时，由于正向挤压时挤压筒与挤压筒内的锭坯之间存在较大摩擦，能耗大，生产成本高。
目前，上述问题可以通过调整压余厚度、脱皮挤压、润滑等工艺来减少缺陷，但是不能完全避免。因此，为了提高挤压产品的致密性、连续性和均匀度，亟需提供一种转子导条及其制备方法和应用。
发明内容
本发明所要解决的问题在于克服现有技术中的制备方法制得的转子导条存在不均匀，致密性和连续性不佳，材料利用率低，能耗大的缺陷，并提供一种转子导条及其制备方法和应用。本发明中转子导条的制备方法有效地提高了材料利用率，降低了能耗，且制得的转子导条均匀，致密性和连续性较好。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
本发明提供了一种转子导条的制备方法，其包括下述步骤：将含铜锭坯进行反向挤压处理和热处理即可；
所述反向挤压处理中，挤压速度为5～15mm/s，压余量为10～30mm。
本发明中，所述含铜锭坯一般选自CuCr1Zr、CuCr1、CuNi2Si、CuNiCrSi、Cu-HCP和Cu-PHC中的一种或多种；优选选自CuCr1Zr、CuNi2Si和Cu-HCP中的一种或多种；更优选为CuCr1Zr。
本发明中，所述含铜锭坯的形状可为本领域常规转子导条的锭坯的形状，例如圆柱。所述含铜锭坯的尺寸可根据本领域常规的转子导条成品的尺寸进行选择。其中，含铜锭坯的直径可为120～200mm，优选为140～180mm。含铜锭坯的长度可为200～400mm，优选为240～350mm。优选地，所述含铜锭坯内部致密，无夹杂、气孔或缩松，表面光亮、无缺陷、无污染、无车加工接刀台。
本发明中，所述压余量可为本领域常规的压余厚度，一般是指挤压处理完成后，残留在挤压筒内的锭坯的厚度。
本发明中，所述反向挤压处理过程中，挤压温度可为600～1000℃，更优选为700～850℃、900～950℃或940～980℃。
根据本领域常规，所述反向挤压处理的一般操作可为对所述含铜锭坯进行加热，并对加热后的含铜锭坯进行反向挤压。
其中，所述加热一般在加热炉中进行。所述反向挤压一般在本领域常规的反向挤压设备中进行。所述反向挤压设备一般包括挤压筒。所述挤压筒的形状可为本领域常规，例如圆柱。
所述加热的温度一般是指加热设定温度。所述加热设定温度可为600～1000℃，更优选为700～850℃、900～950℃或940～980℃。根据本领域常规，当所述含铜锭坯由所述加热炉转移至所述挤压筒后，所述加热设定温度会降低15～35℃，即为所述反向挤压处理中的挤压温度。
本发明中，优选地，所述含铜锭坯为CuCr1Zr锭坯或CuCr1锭坯，所述加热设定温度优选为900～950℃，进入挤压筒的温度优选为870～920℃，制得CuCr1Zr转子导条或CuCr1转子导条。
或者，优选地，所述含铜锭坯为CuNi2Si锭坯或CuNiCrSi锭坯，所述加热设定温度优选为940～980℃，进入挤压筒的温度优选为920～960℃，制得CuNi2Si转子导条或CuNiCrSi转子导条。
或者，优选地，所述含铜锭坯为Cu-HCP锭坯或Cu-PHC锭坯，所述加热设定温度优选为700～850℃，进入挤压筒的温度优选为680-820℃，制得Cu-HCP转子导条或Cu-PHC转子导条。
本发明中，所述反向挤压处理中，模具的材料优选为陶瓷或镍基合金Inc718。挤压杆和挤压筒的材料独立地优选为镍基合金Inc718或热作模具钢H13。更优选地，所述模具、所述挤压杆和所述挤压筒的材料均为镍基合金Inc718。
所述反向挤压处理之前，所述模具和所述挤压筒一般需要预热并保持预热温度。所述预热的温度优选为350～400℃。保持所述预热的温度的时间为1.5～2.5h。
所述反向挤压处理中，所述挤压速度优选为8～10mm/s。所述压余量优选为15～20mm。
所述反向挤压处理后，一般包括冷却步骤，优选为采用水封冷却。
本发明中，所述反向挤压处理后，一般还可包括冷拉拔处理步骤和锯断步骤。所述冷拉拔处理和所述锯断的方法和条件均可为本领域常规。
所述冷拉拔处理后可得到挤压成品的截面尺寸。
所述冷拉拔处理后，经过锯断可确定转子导条半成品的长度。
本发明中，所述热处理可为时效处理或去应力退火处理。所述热处理的温度优选为300～600℃。所述热处理的时间优选为1～5h。
本发明中，所述转子导条的制备方法优选还包括本领域常规的校平直、机加工和表面处理的步骤。所述校平直、所述机加工和所述表面处理的方法和条件均可为本领域常规。
本发明中，所述转子导条的制备方法优选包括下述步骤：
(1)预热模具和挤压筒；其中，所述预热的温度为350～400℃；保持所述预热的温度的时间为1.5～2.5h；
(2)加热含铜锭坯；其中，所述含铜锭坯的直径为120～200mm；所述含铜锭坯的长度为200～400mm；所述加热的设定温度为600～1000℃；
(3)将加热后的含铜锭坯进行反向挤压处理，并采用水封冷却；其中，所述反向挤压处理的挤压速度为5～15mm/s；所述反向挤压处理的压余量为10～30mm；
(4)将反向挤压处理后的转子导条半成品进行热处理；其中，所述热处理的温度为300～600℃；所述热处理的时间为1～5h；
可选地，所述转子导条的制备方法还包括校平直、机加工和表面处理步骤。
本发明还提供了一种转子导条，其由上述转子导条的制备方法制得。
本发明中，所述转子导条的材质可为含铜材质；一般选自CuCr1Zr、CuCr1、CuNi2Si、CuNiCrSi、Cu-HCP和Cu-PHC中的一种或多种；优选选自CuCr1Zr、CuNi2Si和Cu-HCP中的一种或多种；更优选为CuCr1Zr。
本发明中，所述转子导条的形状可为本领域常规的转子导条的形状，例如转子导条的横截面为矩形或梯形。所述横截面中，长边的长度优选为短边的长度的1～6倍，更优选为3～5倍。例如，当转子导条的横截面为矩形时，长边的长度为20～80mm，短边的长度为5～20mm；当转子导条的横截面为梯形时，上底的长度为2～10mm，下底为3～15mm，高为20～60mm。
本发明还提供了一种由上述制备方法制得的转子导条在电机中的应用。其中，所述电机优选为异步电机；更优选为鼠笼式异步电机。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
1、本发明中转子导条的制备方法提高了10％以上的材料的利用率，并降低了25％以上的能耗，节约了成本。
2、采用本发明中的制备方法，金属的流动状态平稳，材料变形均匀，不存在金属锭坯内中心层与周边区域间的相对位移，金属的流动更加均匀，且能耗低。
3、采用本发明中的制备方法制得的转子导条，金相组织均匀；连续性和致密性较佳，内部质量好，无产品开裂问题；尾部压余量较小且不会产生缩尾缺陷，无需断口检查，成品率高；挤压头部晶粒也能够满足产品要求，不需要裁剪。
附图说明
图1为实施例1～3中铜合金转子导条反向挤压处理的示意图；
图2为实施例1中铜合金转子导条头部的100X金相组织；
图3为实施例1中铜合金转子导条尾部的100X金相组织；
图4为对比例1中铜合金转子导条正向挤压处理的示意图；
图5为对比例1中铜合金转子导条头部的100X金相组织；
图6为对比例1中铜合金转子导条尾部的100X金相组织；
图7为对比例2中铜合金转子导条尾部的50X金相组织；
图8为对比例2中铜合金转子导条在组装加工时的状态图。
附图标记
堵头 1
模具 2
挤出型材 3
挤压杆 4
挤压筒 5
挤压垫 6
含铜锭坯 7
模套 8
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1～3铜合金转子导条的制备
(1)预热模具和挤压筒；其中，预热的温度和保持预热温度的时间如表1所示；
(2)加热含铜锭坯7；其中，含铜锭坯、含铜锭坯的直径、含铜锭坯的长度和加热的设定温度如表1所示；
(3)将加热后的含铜锭坯7进行反向挤压处理，并采用水封冷却；其中，反向挤压处理的挤压速度和压余量如表1所示；
(4)将反向挤压处理后的转子导条半成品(即挤出型材3)进行时效处理；其中，时效处理的温度为和时间如表1所示；
(5)将时效处理后的转子导条进行校平直、机加工和表面处理。
实施例1～3中铜合金转子导条反向挤压处理的示意图如图1所示，其中标示了堵头1、模具2、挤出型材3、挤压杆4、挤压筒5和含铜锭坯7。
对比例1铜合金转子导条的制备
对比例1中，步骤(3)为将加热后的含铜锭坯7进行正向挤压处理，其他均同实施例1，如表1中所示。
对比例1中铜合金转子导条正向挤压处理的示意图如图4所示，其中标示了模具2、挤出型材3、挤压杆4、挤压筒5、挤压垫6、含铜锭坯7和模套8。
对比例2铜合金转子导条的制备
对比例2中，步骤(3)中的压余量为5mm，其他均同实施例1，如表1中所示。
表1
效果实施例
采用MA1-100金相显微镜观察，并采用YS/T347-2004检测判定上述实施例和对比例中铜合金平均晶粒度。
实施例1中铜合金转子导条头部的100X金相组织如图2所示，其中铜合金平均晶粒度为40～50μm；实施例1中铜合金转子导条尾部的100X金相组织如图3所示，其中铜合金平均晶粒度为20～30μm。由此可见，实施例1中铜合金转子导条的头部平均晶粒度和尾部平均晶粒度均显著小于80μm，由此可知其均匀性好，同时，能够相应提高转子导条的强度和硬度性能。
对比例1中铜合金转子导条头部的100X金相组织如图5所示，其中铜合金平均晶粒度为80～100μm；对比例1中铜合金转子导条尾部的100X金相组织如图6所示，其中铜合金平均晶粒度为20～40μm；由此可见，对比例1中铜合金转子导条的头部区域不均匀，且将头部晶粒的平均晶粒度与尾部晶粒的平均晶粒度对比可知，头部区域变形明显小于尾部区域变形，晶粒度不能满足产品要求。
对比例2中铜合金转子导条尾部的50X金相组织如图7所示，在显微镜下可观察到明显的缩尾缺陷。进一步地，如图8所示，将对比例2中具有缩尾缺陷的铜合金转子导条进行组装加工，由于其耐压性较差，开裂问题严重。
计算上述实施例和对比例中的材料利用率，具体如表2。计算方法如下：材料利用率＝(投料重量-产出重量)/投料重量*100％。其中，投料重量是指锭坯重量，产出重量是指制得的转子导条的重量。
表2
| 投料重量kg | 产出重量kg | 废料重量kg | 材料利用率％ | |
| 实施例1 | 2000 | 1630 | 370 | 81.5 |
| 对比例1 | 2000 | 1408 | 592 | 70.4 |
Claims (10)
1.一种转子导条的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：将含铜锭坯进行反向挤压处理和热处理即可；
所述反向挤压处理中，挤压速度为5～15mm/s，压余量为10～30mm。
2.如权利要求1中所述的转子导条的制备方法，其特征在于，所述含铜锭坯选自CuCr1Zr、CuCr1、CuNi2Si、CuNiCrSi、Cu-HCP和Cu-PHC中的一种或多种；优选选自CuCr1Zr、CuNi2Si和Cu-HCP中的一种或多种；更优选为CuCr1Zr；
和/或，所述含铜锭坯的形状为圆柱；
其中，所述含铜锭坯的直径优选为120～200mm，更优选为140～180mm；所述含铜锭坯的长度优选为200～400mm，更优选为240～350mm。
3.如权利要求1或2中所述的转子导条的制备方法，其特征在于，所述反向挤压处理过程中，挤压温度为600～1000℃，优选为700～850℃、900～950℃或940～980℃。
4.如权利要求3中所述的转子导条的制备方法，其特征在于，所述含铜锭坯为CuCr1Zr锭坯或CuCr1锭坯，所述挤压温度为900～950℃；
或者，所述含铜锭坯为CuNi2Si锭坯或CuNiCrSi锭坯，所述挤压温度为940～980℃；
或者，所述含铜锭坯为Cu-HCP锭坯或Cu-PHC锭坯，所述挤压温度为700～850℃。
5.如权利要求1中所述的转子导条的制备方法，其特征在于，所述反向挤压处理中，模具的材料为陶瓷或镍基合金Inc718；挤压杆和挤压筒的材料独立地优选为镍基合金Inc718或热作模具钢H13；更优选地，所述模具、所述挤压杆和所述挤压筒的材料均为镍基合金Inc718；
和/或，所述反向挤压处理之前，所述模具和所述挤压筒需要预热并保持预热温度；所述预热的温度优选为350～400℃；保持所述预热的温度的时间为1.5～2.5h；
和/或，所述反向挤压处理中，所述挤压速度为8～10mm/s；
和/或，所述反向挤压处理中，所述压余量优选为15～20mm；
和/或，所述反向挤压处理后，还包括冷却的步骤；所述冷却优选为采用水封冷却。
6.如权利要求1中所述的转子导条的制备方法，其特征在于，所述热处理为时效处理或去应力退火处理；
和/或，所述热处理的温度为300～600℃；
和/或，所述热处理的时间为1～5h。
7.如权利要求1中所述的转子导条的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：
(1)预热模具和挤压筒；其中，所述预热的温度为350～400℃；保持所述预热的温度的时间为1.5～2.5h；
(2)加热含铜锭坯；其中，所述含铜锭坯的直径为120～200mm；所述含铜锭坯的长度为200～400mm；所述加热的设定温度为600～1000℃；
(3)将加热后的含铜锭坯进行反向挤压处理，并采用水封冷却；其中，所述反向挤压处理的挤压速度为5～15mm/s；所述反向挤压处理的压余量为10～30mm；
(4)将反向挤压处理后的转子导条半成品进行热处理；其中，所述热处理的温度为300～600℃；所述热处理的时间为1～5h；
优选地，所述转子导条的制备方法还包括校平直、机加工和表面处理步骤。
8.一种转子导条，其特征在于，所述转子导条由如权利要求1～7中任一项所述的转子导条的制备方法制得。
9.如权利要求8中所述的转子导条，其特征在于，所述转子导条的材质为含铜材质，选自CuCr1Zr、CuCr1、CuNi2Si、CuNiCrSi、Cu-HCP和Cu-PHC中的一种或多种；优选选自CuCr1Zr、CuNi2Si和Cu-HCP中的一种或多种；更优选为CuCr1Zr；
和/或，所述转子导条的横截面为矩形或梯形；所述横截面中，长边的长度优选为短边的长度的1～6倍，更优选为3～5倍。
10.一种如权利要求8或9中所述的转子导条在电机中的应用。
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