CN1177069C - 接触网导线用铜合金材料 - Google Patents
接触网导线用铜合金材料Info
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Abstract
本发明公开了一种接触网导线用铜合金材料，其化学成分(重量百分比)为Te0.1～1.2、Mg 0.2～1.3、Li 0.02～0.50、Cu余量和不可避免的杂质。采用常规的备料、配料、熔炼、铸锭和冷热加工制成所需规格的接触网导线。其抗拉强度σb为523～576MPa、电阻率为0.022695～0.023764Ωmm2/m(电导率为76～72.6%IACS)，塑性δ5为8～11%，再结晶温度为390～410℃，还具有与0.3Ag-Cu合金相当的抗电弧能力，其原料成本却比0.3Ag-Cu合金低10～20%，该铜合金是一种性价比良好、且能满足高速电气化铁路接触网导线服役要求的新型铜合金。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种高速电气化铁路接触网导线用铜合金材料。
二、背景技术
世界轮轨铁路正向高速化(300KM/h以上)发展，实现电气化铁路高速化需要解决的技术难题较多，其中之一就是接触网导线的材料问题。目前我国接触网导线用材有冷轧纯铜、铝钢复合线、锡铜、银铜、锡银铜等合金线，其中银铜合金用量最大，多为国外进口，但上述材料只能适应低、中速和准高速＜250KM/h的技术要求，而不能满足高速铁路的服役条件。因此，研究高速接触网导线的用材，不仅是我国铁路高速化迫切需要解决的材料问题，也是世界高速铁路发展的要求。
目前世界上能满足＞300KM/h的接触网导线用材品种不多，当今能满足高速接触网导线的材料当数德国联邦股份公司(DBAG)Re330型镁铜合金接触网导线较为先进，其抗拉强度达503MPa，电导率68.1％IACS，软化起始温度385℃，架线张力27KN，波动传播速度569KM/h，设计寿命为200万弓架次，达到国际认同的先进标准，并于90年代成功地在德国汉诺威-柏林，科隆-法兰克福两条高速线上运行，时速达350～400KM/h，试运行获得成功。我国铁科院在德国Re330型材料的基础上，推出了Cu-Mg-Re系并添加Ni、Sn强化元素的铜合金材料，经性能检测结果与德国Re330的主要性能基本一致，该材料最大特点是改善了合金的加工性能、并向中国专利局申请了专利96120446.X。根据我国高速铁路接触网技术要求使用的初步意见，对这种价廉物美的Mg-Cu合金给予肯定，但提出“要进一步提高强度，保持或提高导电率”，建议“还需添加第二种或第三种元素”，完善接触网导线用的该铜合金材料。
三、发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种接触网导线用铜合金材料，其强度、韧性、电导率、抗电弧能力等综合性能好。易于冷热加工。性价比较高的高速铁路接触网导线用铜合金新材料。
本发明者发现：以工业钝铜为基体，添加适量的碲、镁和锂元素，配合适当的工艺制度，制备四元铜基合金材料，以满足高速铁路接触网导线的技术要求。作为基体的铜具有优良的导电性和较低的强度。碲在铜中主要是起沉淀强化作用，由于沉淀第二相的本征特性和在铜基体中分布的特殊性，碲不仅不降低纯铜的导电性，而且还起到一定的抗电弧作用。镁在铜基体中主要起固溶强化作用，能使铜基体的强度提高，但对铜的导电性有一定削弱负面效应。锂在铜中主要起综合效应作用，它既能清除铜中的各种气体及杂质，提高铜合金的导电性，同时还能降低铜合金熔液的表面张力，改善合金的流动性，提高铸件质量。
本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。
接触网导线用铜合金各组分的重量百分比为：
Te 0.1～1.2
Mg 0.2～1.3
Li 0.02～0.5
Cu 余量
其中，Te和Li的纯度99.9～99.999％，Mg的纯度99～99.9％，铜为一般工业纯铜和不可避免的杂质。
这种合金材料的制备工艺与制备一般铜合金的常规方法基本一致，其步骤包括：备料、配料、熔炼、铸锭、切割、热挤压或热轧、冷拔或冷轧制成不同规格的接触网导线。
采用上述配方和工艺流程制作的新型铜合金接触网导线，其抗拉强度σb为523～576MPa、塑性δ5为8～11％、电阻率为0.022695～0.023764Ωmm2/m(电导率为76～72.6％IACS)再结晶温度为390～410℃，这些性能均超过德国Re330和中国专利96120446的指标，还具有与0.3Ag-Cu合金相当的抗电弧能力，材料的冷热加工性好，产品质量稳定，其原料成本低于0.3Ag-Cu合金，可广泛用于高速电气化铁路接触网导线及其它零部件。
本发明具有如下优点：
1、具有较高的抗拉强度、导电率和塑性，其综合性能较Re330和中国专利96120446高，尤其在较高的强度情况下仍存在较高的塑性。详见表1。
2、在相同条件和环境下，本发明产品与0.3Ag-Cu合金进行对比试验，结果表明抗电弧能力优于0.3Ag-Cu合金，详见表2。
3、导电率、强度和塑性和其它性能可通过化学成分及工艺过程进行调整，以满足高速接触网导线对工程的要求。
4、原料成本较0.3Ag-Cu合金成本低10～20％。
5、充分利用当地矿产资源，原料易得，采用常规设备和通用工艺，从而降低了制造成本。
四、具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要指出，以下实施例只用于对本发明作进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例：
本实施例过程中，Te和Li的纯度为99.99％，Mg的纯度为99％，铜为一般工业纯铜和不可避免的杂质，采用上述工艺制备4种组分的合金铸锭，热挤压成φ12毛坯，再冷拔成φ8杆材，按GB4909.3和GB3048.2标准测定，其主要性能指标详见表3。
表1本发明与现有技术性能比较
| 抗拉强度σb(MPa) | 塑性δ5(％) | 导电率(IACS)％ | 再结晶温度℃ | 资料来源 | |
| 本发明材料 | 523～576 | 11.9～8.0 | 76～72.6 | 390～410 | 实验 |
| 德国Re330Mg-Cu合金 | 503 | - | 68.1 | 385(软化温度) | 电气化铁道1997年第2期P19-25 |
| 中国铁科院专利Cu-Mg-Re系 | 500MPa级 | 2.5～5.0 | ≥68.0 | 385(软化温度) | 中国专利96120446 |
表2本发明与0.3Ag-Cu合金抗电弧能力比较
| 起弧电压(KV) | 击穿电压(KV) | 资料来源 | |
| 本发明材料 | 16.5 | 22 | 实验 |
| 0.3Ag-Cu | 16 | 19 | 实验 |
表3本发明的化学成分与主要性能指标
Claims (2)
1、一种接触网导线用铜合金材料，其特征在于该铜合金材料的化学成分按重量百分比计为：
Te 0.1～1.2
Mg 0.2～1.3
Li 0.02～0.50
余量是Cu和不可避免的杂质。
2、按照权利要求1所述接触网导线用铜合金材料，其特征在于该铜合金材料主要用于高速电气化铁路接触网导线及其接触网系统的其它零部件。
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