CN115612871A - 一种核电汽轮发电机转子楔用铜合金的加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种核电汽轮发电机转子槽楔用铜合金的加工工艺，包括以下步骤：选择重量百分比为，Cr：0.5～1.4％，Zr：0.02～0.2％，Cu余量，采用熔炼、热挤压、固溶处理、冷拉拔和时效处理的工艺，使合金具有良好的力学性能和电学性能，制造工艺简单，综合性能优良，成本较低，节约了我国贵重金属资源，减少了环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮发电机转子槽楔技术领域，具体是涉及一种核电汽轮发电机转子槽楔用铜合金的加工工艺。
背景技术
近些年来，我国大容量发电机组产量迅速增加，作为大容量发电机组最重要的部件之一的发电机转子槽楔的质量问题成为关键，槽楔的主要作用是将嵌入铁芯的线圈进行必要的固定，以防止其在槽内发生位移，包括防止线圈从槽内弹出，转子高速旋转时槽楔承受了极大的离心力。
为了提高发电机的平衡运行能力，保证发电机负序电流造成温度的安全可靠性，目前国内外大型电机制造厂家要求所选用的转子槽楔材料必须具有较高的强度、良好的导电、导热性能，优良的室温、高温综合力学和物理性能，且不允许材料内部存在夹杂、疏松、气孔和裂纹等缺陷，需要经过严格的超声波探伤。
用于生产核电发电机的主要材料有铝合金和铜合金。常用的铝合金材料为 LY12，优点是价格便宜，缺点是电导率较低，只能用于小功率发电机。
而铜合金材料牌号较多，常见的有纯铜系列、CuCr/CuCrZr系列、CuNiSi 系列、铍铜系列、铝青铜系列等。其中：
①纯铜系列：常规汽轮发电机转子槽楔用紫铜材料加工，它虽然具有导电性能较好的优点，但强度较低，使用效果差、寿命短；
②CuCr/CuCrZr系列：主要用于汽轮发电机的主轴，CuCr系列主要技术指：抗拉强度Rm≥310MPa，屈服强度Rp0.2≥240MPa，延伸率A≥15％，硬度HB ≥70，电导率≥50MS/m；CuCrZr系列主要技术指标如下：抗拉强度Rm≥ 430MPa，屈服强度Rp0.2≥350MPa，延伸率A≥10％，硬度HB≥120，电导率≥43MS/m，导电性很好，但室温强度、硬度较低；
③CuNiSi系列：我司生产的高强中导的新型铜合金材料——CuNiSi系列，其性能指标稳定，数值如下：抗拉强度Rm≥650MPa，屈服强度Rp0.2≥ 590MPa，延伸率A≥10％，硬度HB≥180，电导率≥24MS/m；
④铍铜系列：由于铍铜具有高硬度、中导电、耐高温的特性，该类产品被广泛应用于汽轮发电机槽楔行业，其主要技术性能如下：抗拉强度Rm≥ 720MPa，屈服强度Rp0.2≥630MPa，硬度HRB≥95，电导率≥32MS/m，软化温度≥650℃，但是，铍是对人体有害的元素，尤其在高温下，对人体和环境都极为有害，出于对环境保护和人体健康等方面的考虑，需要更换铍钴铜合金材料，开发环境友好的汽轮发电机转子槽楔材料；
⑤铝青铜系列：经常被用于汽轮发电机转子槽楔，主要技术性能如下：抗拉强度Rm≥590MPa，屈服强度Rp0.2≥350MPa，延伸率A≥12％，硬度HB≥ 140，电导率4.6～5.2MS/m，加工性能良好，力学性能较高，耐疲劳性、耐磨性均较好，但电导较差。
由以上内容可知，现有各种材质的转子槽楔材料均不能完成满足大型电机的要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：现有各种材质的转子槽楔材料均不能完成满足大型电机的要求。
本发明的技术方案如下：
一种核电汽轮发电机转子槽楔铜合金材料的加工工艺，其特征在于，制备过程包括以下步骤：
S1、准备质量百分比为Cr：0.5～1.4％，Zr：0.02～0.2％，Cu：余量，集中进行熔炼铸造，得到铜铬锆铸锭；
S2、将步骤S1中的铜铬锆铸锭锯掉冒口及底部，并粗车至表面无氧化皮和铸造缺陷，得到干净的铸锭坯料；
S3、将步骤S2中的铸锭进行热挤压成型处理，得到铜铬锆挤压型材；
S4、将步骤S3中的铜铬锆挤压型材进行固溶处理，得到固溶后的型材；
S5、将步骤S4中的固溶后的型材进行冷拉拔处理，得到冷拉拔型材；
S6、将步骤S5中的冷拉拔型材进行时效处理，得到槽楔毛坯；
S7、将步骤S6中的槽楔毛坯按照图纸要求进行机加工，得到槽楔产品。
进一步地，步骤S1中，熔炼过程在真空中频感应炉中进行，在保护气体氛围下抽真空至真空度为4.0～6.0Pa，熔炼温度为1300～1380℃，熔炼过程中保持电磁搅拌，待合金溶液精炼除气脱氧后引入模具中进行冷却结晶，脱模后即可得到合金铸锭。
进一步地，步骤S3中，进行热挤压成型是将铸锭加热温度为900～950℃，挤压比为10～14，采用单孔模进行挤压，挤压后水封冷却，采用单孔模进行挤压，且在挤压后进行水封冷却，以便淬火。
进一步地，步骤S4中，进行固溶处理是将挤压型材加热至940℃～980℃、保温30～90分钟后进行水冷。
更进一步地，步骤S5中，进行冷拉拔加工是将固溶后的型材在设计好的模具上进行拉拔，冷加工变形量为40～60％。
优选地，步骤S6中，进行时效处理是将拉拔后的型材加热至400～450℃、保温4～5小时后进行空冷。
优选地，步骤S7中，进行机加工是将时效后的型材按照图纸进行机加工。
进一步优选地，加工工艺制备的槽楔，室温下其抗拉强度Rm≥470MPa，屈服强度Rp0.2≥400MPa，延伸率δ≥18％，硬度≥140HB，电导率≥45MS/m，经超声波探伤符合使用要求。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种核电汽轮发电机转子槽楔铜合金及其加工工艺，通过调整CuCrZr合金材料的配比，以及熔炼、热挤压、固溶、冷拉拔、时效等一系列处理，制备了具有良好的力学性能和电学性能的核电汽轮发电机转子槽楔，其加工工艺具有以下优点：原材料成分配比简单，节约贵重金属；制造工艺简单，节约成本；综合性能优良，符合使用要求；减少环境污染。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述……，但这些……不应限于这些术语。这些术语仅用来将……区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一……也可以被称为第二……，类似地，第二……也可以被称为第一……。
实施例1
本实施例为一种核电汽轮发电机转子槽楔铜合金材料的加工工艺，制备过程包括以下步骤：
S1、准备质量百分比为Cr：0.5％，Zr：0.02％，Cu：余量，集中进行熔炼铸造，得到铜铬锆铸锭，其中，熔炼过程在真空中频感应炉中进行，在氩气氛围下抽真空至真空度为4.0Pa，熔炼温度为1300℃，熔炼过程中保持电磁搅拌，待合金溶液精炼除气脱氧后引入模具中进行冷却结晶，脱模后即可得到合金铸锭；
S2、将步骤S1中的铜铬锆铸锭锯掉冒口及底部，并粗车至表面无氧化皮和铸造缺陷，得到干净的铸锭坯料；
S3、将步骤S2中的铸锭进行热挤压成型处理，得到铜铬锆挤压型材，其中，进行热挤压成型是将铸锭加热温度为900℃，挤压比为10，采用单孔模进行挤压，挤压后水封冷却；
S4、将步骤S3中的铜铬锆挤压型材进行固溶处理，得到固溶后的型材，其中，固溶处理是将挤压型材加热至940℃、保温30分钟后进行水冷；
S5、将步骤S4中的固溶后的型材进行冷拉拔处理，得到冷拉拔型材，其中，进行冷拉拔加工是将固溶后的型材在设计好的模具上进行拉拔，冷加工变形量为40％；
S6、将步骤S5中的冷拉拔型材进行时效处理，得到槽楔毛坯，其中，时效处理是将拉拔后的型材加热至400℃、保温4小时后进行空冷；
S7、将步骤S6中的槽楔毛坯按照图纸要求进行机加工，得到槽楔产品，其中，进行机加工是将时效后的型材按照图纸进行机加工。
通过上述加工工艺制备的一种核电汽轮发电机转子槽楔，在室温下具有良好的力学性能和电学性能，抗拉强度478MPa，屈服强度428MPa，延伸率 20.5％，硬度147HB，电导率47MS/m，经超声波探伤符合使用要求。
实施例2
本实施例为一种核电汽轮发电机转子槽楔铜合金材料的加工工艺，制备过程包括以下步骤：
S1、准备质量百分比为Cr：0.91％，Zr：0.08％，Cu：余量，集中进行熔炼铸造，得到铜铬锆铸锭，其中，熔炼过程在真空中频感应炉中进行，在氩气氛围下抽真空至真空度为5.5Pa，熔炼温度为1350℃，熔炼过程中保持电磁搅拌，待合金溶液精炼除气脱氧后引入模具中进行冷却结晶，脱模后即可得到合金铸锭；
S2、将步骤S1中的铜铬锆铸锭锯掉冒口及底部，并粗车至表面无氧化皮和铸造缺陷，得到干净的铸锭坯料；
S3、将步骤S2中的铸锭进行热挤压成型处理，得到铜铬锆挤压型材，其中，进行热挤压成型是将铸锭加热温度为920℃，挤压比为12，采用单孔模进行挤压，挤压后水封冷却；
S4、将步骤S3中的铜铬锆挤压型材进行固溶处理，得到固溶后的型材，其中，固溶处理是将挤压型材加热至960℃、保温40分钟后进行水冷；
S5、将步骤S4中的固溶后的型材进行冷拉拔处理，得到冷拉拔型材，其中，进行冷拉拔加工是将固溶后的型材在设计好的模具上进行拉拔，冷加工变形量为45％；
S6、将步骤S5中的冷拉拔型材进行时效处理，得到槽楔毛坯，其中，时效处理是将拉拔后的型材加热至420℃、保温4小时后进行空冷；
S7、将步骤S6中的槽楔毛坯按照图纸要求进行机加工，得到槽楔产品，其中，进行机加工是将时效后的型材按照图纸进行机加工。
通过上述加工工艺制备的一种核电汽轮发电机转子槽楔，在室温下具有良好的力学性能和电学性能，抗拉强度485MPa，屈服强度430MPa，延伸率 19.5％，硬度148HB，电导率46MS/m，经超声波探伤符合使用要求。
实施例3
本实施例为一种核电汽轮发电机转子槽楔铜合金材料的加工工艺，制备过程包括以下步骤：
S1、准备质量百分比为Cr：1.4％，Zr：0.2％，Cu：余量，集中进行熔炼铸造，得到铜铬锆铸锭，其中，熔炼过程在真空中频感应炉中进行，在保护气体氛围下抽真空至真空度为6.0Pa，熔炼温度为1380℃，熔炼过程中保持电磁搅拌，待合金溶液精炼除气脱氧后引入模具中进行冷却结晶，脱模后即可得到合金铸锭；
S2、将步骤S1中的铜铬锆铸锭锯掉冒口及底部，并粗车至表面无氧化皮和铸造缺陷，得到干净的铸锭坯料；
S3、将步骤S2中的铸锭进行热挤压成型处理，得到铜铬锆挤压型材，其中，进行热挤压成型是将铸锭加热温度为950℃，挤压比为14，采用单孔模进行挤压，挤压后水封冷却；
S4、将步骤S3中的铜铬锆挤压型材进行固溶处理，得到固溶后的型材，其中，固溶处理是将挤压型材加热至980℃、保温90分钟后进行水冷；
S5、将步骤S4中的固溶后的型材进行冷拉拔处理，得到冷拉拔型材，其中，进行冷拉拔加工是将固溶后的型材在设计好的模具上进行拉拔，冷加工变形量为60％；
S6、将步骤S5中的冷拉拔型材进行时效处理，得到槽楔毛坯，其中，时效处理是将拉拔后的型材加热至450℃、保温5小时后进行空冷；
S7、将步骤S6中的槽楔毛坯按照图纸要求进行机加工，得到槽楔产品，其中，进行机加工是将时效后的型材按照图纸进行机加工。
通过上述加工工艺制备的一种核电汽轮发电机转子槽楔，在室温下具有良好的力学性能和电学性能，抗拉强度510MPa，屈服强度458MPa，延伸率19％，硬度172HB，电导率46MS/m，经超声波探伤符合使用要求。
实施例4
本实施例为一种核电汽轮发电机转子槽楔铜合金材料的加工工艺，制备过程包括以下步骤：
S1、准备质量百分比为Cr：1.1％，Zr：0.19％，Cu：余量，集中进行熔炼铸造，得到铜铬锆铸锭，其中，熔炼过程在真空中频感应炉中进行，在保护气体氛围下抽真空至真空度为4.0Pa，熔炼温度为1380℃，熔炼过程中保持电磁搅拌，待合金溶液精炼除气脱氧后引入模具中进行冷却结晶，脱模后即可得到合金铸锭；
S2、将步骤S1中的铜铬锆铸锭锯掉冒口及底部，并粗车至表面无氧化皮和铸造缺陷，得到干净的铸锭坯料；
S3、将步骤S2中的铸锭进行热挤压成型处理，得到铜铬锆挤压型材，其中，进行热挤压成型是将铸锭加热温度为940℃，挤压比为11，采用单孔模进行挤压，挤压后水封冷却；
S4、将步骤S3中的铜铬锆挤压型材进行固溶处理，得到固溶后的型材，其中，固溶处理是将挤压型材加热至940℃、保温40分钟后进行水冷；
S5、将步骤S4中的固溶后的型材进行冷拉拔处理，得到冷拉拔型材；
S6、将步骤S5中的冷拉拔型材进行时效处理，得到槽楔毛坯，其中，进行冷拉拔加工是将固溶后的型材在设计好的模具上进行拉拔，冷加工变形量为 50％，时效处理是将拉拔后的型材加热至450℃、保温4小时后进行空冷；
S7、将步骤S6中的槽楔毛坯按照图纸要求进行机加工，得到槽楔产品，其中，进行机加工是将时效后的型材按照图纸进行机加工。
通过上述加工工艺制备的一种核电汽轮发电机转子槽楔，在室温下具有良好的力学性能和电学性能，抗拉强度492MPa，屈服强度440MPa，延伸率20％，硬度160HB，电导率46MS/m，经超声波探伤符合使用要求。
Claims (7)
1.一种核电汽轮发电机转子槽楔铜合金材料的加工工艺，其特征在于，制备过程包括以下步骤：
S1、准备质量百分比为Cr：0.5～1.4％，Zr：0.02～0.2％，Cu：余量，集中进行熔炼铸造，得到铜铬锆铸锭；
S2、将步骤S1中所述的铜铬锆铸锭锯掉冒口及底部，并粗车至表面无氧化皮和铸造缺陷，得到干净的铸锭坯料；
S3、将步骤S2中所述的铸锭进行热挤压成型处理，得到铜铬锆挤压型材；
S4、将步骤S3中所述的铜铬锆挤压型材进行固溶处理，得到固溶后的型材；
S5、将步骤S4中所述的固溶后的型材进行冷拉拔处理，得到冷拉拔型材；
S6、将步骤S5中所述的冷拉拔型材进行时效处理，得到槽楔毛坯；
S7、将步骤S6中所述的槽楔毛坯按照图纸要求进行机加工，得到槽楔产品。
2.如权利要求1所述的一种核电汽轮发电机转子槽楔铜合金材料的加工工艺，其特征在于，所述步骤S1中，所述熔炼过程在真空中频感应炉中进行，在保护气体氛围下抽真空至真空度为4.0～6.0Pa，熔炼温度为1300～1380℃，熔炼过程中保持电磁搅拌，待合金溶液精炼除气脱氧后引入模具中进行冷却结晶，脱模后即可得到合金铸锭。
3.如权利要求1所述的一种核电汽轮发电机转子槽楔铜合金材料的加工工艺，其特征在于，所述步骤S3中，所述进行热挤压成型是将铸锭加热温度为900～950℃，挤压比为10～14，采用单孔模进行挤压，挤压后水封冷却。
4.如权利要求1所述的一种核电汽轮发电机转子槽楔铜合金材料的加工工艺，其特征在于，所述步骤S4中，所述进行固溶处理是将挤压型材加热至940℃～980℃、保温30～90分钟后进行水冷。
5.如权利要求1所述的一种核电汽轮发电机转子槽楔铜合金材料的加工工艺，其特征在于，所述步骤S5中，所述进行冷拉拔加工是将固溶后的型材在设计好的模具上进行拉拔，冷加工变形量为40～60％。
6.如权利要求1所述的一种核电汽轮发电机转子槽楔铜合金材料的加工工艺，其特征在于，所述步骤S6中，所述进行时效处理是将拉拔后的型材加热至400～450℃、保温4～5小时后进行空冷。
7.如权利要求1所述的一种核电汽轮发电机转子槽楔铜合金材料的加工工艺，其特征在于，所述步骤S7中，所述进行机加工是将时效后的型材按照图纸进行机加工。
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Patent Citations (7)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张而耕: "《机械工程材料》", 上海科学技术出版社, pages: 134 * |
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