CN118098703A - 高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明高强高导Cu‑Cr‑Zr合金接触线的制备工艺，涉及铜合金加工技术领域，尤其涉及一种高强高导Cu‑Cr‑Zr合金接触线的制备工艺。本发明的制备工艺包括如下步骤：11、连续铸造；12、连续挤压；13、多道次连续挤压；14、拉拔成形；15、时效；16、精整。本发明采用多道次连续挤压的方式增加Cu‑Cr‑Zr合金接触线塑性变形量，促进第二相粒子的析出，配合后续时效工艺，可获取高强高导的Cu‑Cr‑Zr合金接触线。同时通过多道次的连续挤压，使接触线边部和心部得到趋于一致的塑性变形，所制备的接触线具有组织、性能均匀的特点；解决了现有技术中的Cu‑Cr‑Zr合金接触线存在低强度、组织性能不均匀的问题。
Description
技术领域
本发明高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线的制备工艺，涉及铜合金加工技术领域，尤其涉及一种高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线的制备工艺。
背景技术
Cu-Cr-Zr合金由于高强度、高导电、高耐磨以及抗高温软化性能，是高速轨道交通接触线的理想材料。作为一种典型时效强化型合金，时效处理可使Cu-Cr-Zr合金强度大幅提升，同时第二相粒子的析出减少了基体中溶质原子，电导率也会得到相应提高。然而，时效温度对于第二相粒子析出的驱动力有限，这就导致了Cu-Cr-Zr合金强度不能满足接触线的强度要求。施加强塑性变形是促进第二相粒子的析出有效措施。然而，传统的大塑性变形工艺，如ECAP（Equal Channel Angular Pressing），HPT（High Pressure Torsion）,ARB（Accumulative Roll Bonding）等不具有连续制造特点，因此不适用于Cu-Cr-Zr合金线材。连续挤压是一种具有大塑性变形量的连续制造技术，可应用于Cu-Cr-Zr合金接触线的生产中。然而，在单道次连续挤压过程中，由于Cu-Cr-Zr合金的高变形抗力，使产品存在边部变形大，第二相粒子析出充分，强度高；而心部变形小，第二相粒子析出不完全，强度低的缺点，不能满足应用要求。
针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线的制备工艺，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
根据上述现有技术提出的Cu-Cr-Zr合金接触线存在低强度、组织性能不均匀的技术问题，而提供一种高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线的制备工艺。本发明主要采用多道次连续挤压的方式增加Cu-Cr-Zr合金接触线塑性变形量，促进第二相粒子的析出，配合后续时效工艺，可获取高强高导的Cu-Cr-Zr合金接触线。同时通过多道次的连续挤压，使接触线边部和心部得到趋于一致的塑性变形，所制备的接触线具有组织、性能均匀的特点。
本发明采用的技术手段如下：
一种高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线，按质量百分数计，合金成分如下：Cr为0.5-1.5%，Zr为0.05-0.25%，其余为Cu基体。
一种高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线的制备工艺包括如下步骤:
11、连续铸造：称取纯度大于99.95wt.%的电解铜加入炉中熔化。采用红外测温仪测量熔体温度，当温度在1250-1400℃时按比例加入纯度大于99.9%的Cr以及纯度大于99.95%的Zr，保温并施加电磁场对熔体进行电磁搅拌。后连续铸造成直径为8-30 mm的铸杆，连续铸造包括上引连续铸造，下引连续铸造或水平连续铸造中的一种。
12、连续挤压：将连续挤压腔体模具放入在保温炉中预热，预热温度为400-500℃，预热时间为20-60 min，然后装载模具。连续挤压首先将冷态纯铜杆送入进行挤压预热，然后将室温状态的Cu-Cr-Zr合金铸杆放入挤压机中进行挤压。其中，在连续挤压机出口对产品进行冷却。
13、多道次连续挤压：将连续挤压腔体模具放入在保温炉中预热，预热温度为400-500℃，预热时间为20-60 min，然后装载模具。连续挤压首先将冷态纯铜杆送入进行挤压预热，然后将第一道次的Cu-Cr-Zr合金铸杆放入连续挤压机中进行多道次连续挤压。其中，在连续挤压机出口对产品进行冷却。此过程重复次数为2-5次。
14、拉拔成形；根据所需接触线横截面尺寸，对步骤13处理后得到的Cu-Cr-Zr杆进行拉拔成形。其中，此过程可通过单道次或多道次拉拔成形，拉拔速度为15-25 m/min。
15、时效: 将最终成形的Cu-Cr-Zr合金接触线进行时效处理，时效温度为300-600℃，时效时间为0.5-12h。
16、精整: 包括对接触线的清洗、去皮、光亮处理等。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线具有显微组织均匀、强度高、耐磨性好以及导电性能优良的特点；由于Cu-Cr-Zr合金具有高变形抗力，在传统的挤压、单道次连续挤压或拉拔成形过程中合金不能充分变形，即承受大变形的表面部分组织细小，第二相析出充分，而心部承受较小变形量，因此显微组织粗大，且第二相析出不充分，这就导致了接触线整体强度低、导电性能差的缺点；增加心部变形量是制备高强、高导Cu-Cr-Zr合金接触线的关键技术，本发明通过多道次的连续挤压工艺，增加接触线心部变形量，细化心部组织，促进心部第二相析出，使接触线的表面和心部具有均一化的性能，同时满足高速轨道交通接触线高强、高导的要求。
综上，应用本发明的技术方案解决了现有技术中的Cu-Cr-Zr合金接触线存在显微组织不均匀、强度低以及导电性能差等一系列问题。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线的制备工艺，具体工艺步骤如下：
（1）称取纯度大于99.95wt.%的电解铜加入炉中熔化，采用红外测温仪测量熔体温度，当温度在1300℃时按比例加入纯度大于99.9%的Cr以及纯度大于99.95%的Zr，保温并施加电磁场对熔体进行电磁搅拌，下引连铸成直径为30 mm的铸杆；
（2）将连续挤压腔体模具放入在保温炉中预热，预热温度为450℃，预热时间为30min，装载模具；将冷态纯铜杆送入进行挤压预热，然后将室温状态的Cu-Cr-Zr合金铸杆放入挤压机中进行挤压出直径为25 mm的杆料；
（3）将连续挤压腔体模具放入在保温炉中预热，预热温度为450℃，预热时间为30min，装载模具，将冷态纯铜杆送入进行挤压预热，然后将第一道次的Cu-Cr-Zr合金铸杆放入连续挤压机中进行第二道次连续挤压，挤出直径为20 mm的合金接触线；
（4）将步骤（3）所得Cu-Cr-Zr合金杆料进行拉拔成形，拉拔速度为15m/min；
（5）将最终成形的Cu-Cr-Zr合金接触线进行时效处理，时效温度为450℃，时效时间为2h；
（6）将合金接触线进行清洗、光亮处理、收卷。
实施例2
一种高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线的制备工艺，具体工艺步骤如下：
（1）称取纯度大于99.95wt.%的电解铜加入炉中熔化，采用红外测温仪测量熔体温度，当温度在1300℃时按比例加入纯度大于99.9%的Cr以及纯度大于99.95%的Zr，保温并施加电磁场对熔体进行电磁搅拌，上引连铸成直径为30 mm的铸杆；
（2）将连续挤压腔体模具放入在保温炉中预热，预热温度为450℃，预热时间为30min，装载模具，将冷态纯铜杆送入进行挤压预热，然后将室温状态的Cu-Cr-Zr合金铸杆放入挤压机中进行挤压出直径为28 mm的杆料；
（3）将连续挤压腔体模具放入在保温炉中预热，预热温度为450℃，预热时间为30min，装载模具，将冷态纯铜杆送入进行挤压预热，然后将第一道次的Cu-Cr-Zr合金铸杆放入连续挤压机中进行第二道次连续挤压，挤出直径为26 mm的合金接触线；
（4）将连续挤压腔体模具放入在保温炉中预热，预热温度为450℃，预热时间为30min，装载模具，将冷态纯铜杆送入进行挤压预热，然后将第二道次的Cu-Cr-Zr合金铸杆放入挤压机中进行第三道次挤压，挤出直径为24 mm的合金接触线，
（5）将连续挤压腔体模具放入在保温炉中预热，预热温度为450℃，预热时间为30min，装载模具，将冷态纯铜杆送入进行挤压预热，然后将第三道次的Cu-Cr-Zr合金铸杆放入挤压机中进行第四道次挤压，挤出直径为22 mm的合金接触线；
（6）将连续挤压腔体模具放入在保温炉中预热，预热温度为450℃，预热时间为30min，装载模具，将冷态纯铜杆送入进行挤压预热，然后将第四道次的Cu-Cr-Zr合金铸杆放入挤压机中进行第五道次挤压，挤出直径为20 mm的合金接触线；
（7）将步骤（6）所得Cu-Cr-Zr合金杆料进行两道次拉拔成形，拉拔速度为20 m/min；
（8）将最终成形的Cu-Cr-Zr合金接触线进行时效处理，时效温度为450℃，时效时间为2h；
（9）将合金接触线进行清洗、光亮处理、收卷。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线的制备工艺，其特征在于：
所述的高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线的制备工艺包括如下步骤:
11、连续铸造：称取纯度大于99.95wt.％的电解铜加入炉中熔化，采用红外测温仪测量熔体温度，当温度在1250-1400℃时按比例加入纯度大于99.9％的Cr以及纯度大于99.95％的Zr，保温并施加电磁场对熔体进行电磁搅拌。后连续铸造成直径为8-30mm的铸杆；
12、连续挤压：将连续挤压腔体模具放入在保温炉中预热，然后装载模具；连续挤压首先将冷态纯铜杆送入进行挤压预热，然后将室温状态的Cu-Cr-Zr合金铸杆放入挤压机中进行挤压；在连续挤压机出口对产品进行冷却。
13、多道次连续挤压：将连续挤压腔体模具放入在保温炉中预热，连续挤压首先将冷态纯铜杆送入进行挤压预热，然后将第一道次的Cu-Cr-Zr合金铸杆放入连续挤压机中进行多道次连续挤压；在连续挤压机出口对产品进行冷却；
14、拉拔成形：根据所需接触线横截面尺寸，对步骤13处理后得到的Cu-Cr-Zr杆进行拉拔成形；
15、时效：将最终成形的Cu-Cr-Zr合金接触线进行时效处理，时效温度为300-600℃，时效时间为0.5-12h；
16、精整：包括对接触线清洗、去皮、光亮处理等工艺。
2.根据权利要求1所述的高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线的制备工艺，其特征在于：
所述的步骤11连续铸造包括上引连续铸造，下引连续铸造或水平连续铸造中的一种。
3.根据权利要求1所述的高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线的制备工艺，其特征在于：
所述的步骤12中连续挤压腔体模具预热温度为400-500℃，预热时间为20-60min。
4.根据权利要求1所述的高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线的制备工艺，其特征在于：
所述的步骤13中连续挤压腔体模具预热温度为400-500℃，预热时间为20-60min，然后装载模具。
5.根据权利要求4所述的高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线的制备工艺，其特征在于：
所述的步骤13重复次数为2-5次。
6.根据权利要求1所述的高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线的制备工艺，其特征在于：
所述的步骤14可通过单道次或多道次拉拔成形,拉拔速度为15-25m/min。
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