CN213924961U - 一种铍青铜长导轨生产线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铍青铜长导轨生产线，所述生产线依次按真空中频感应炉、多电极电渣重熔炉、机床、大型卧式挤压机、深井式电阻炉、水淬箱、拉拔机、长箱式电阻炉、矫直机工艺流程设置。本实用新型在真空中频感应炉后增加多电极电渣重熔炉，使真空中频感应炉熔炼的小锭通过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，再采用大型卧式挤压机设备，并对固溶、水淬、时效设备进行扩容配套改造，形成单体长度在10米以上的铍青铜长导轨生产线，生产的铍青铜长导轨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。

Description

一种铍青铜长导轨生产线

技术领域

本实用新型涉及铍青铜材料制造工艺装备技术领域，尤其涉及一种铍青铜长导轨生产线。

背景技术

现有汽车、钢铁、军工、高铁、地铁等行业用铍青铜导轨需要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。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，受生产线设计方面的缺陷，生产长度受限，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，研究一种生产线来生产高性能长寿命铍青铜长导轨是我们材料研究者努力的方向。

发明内容

针对上述存在的问题，本实用新型的目的是对现有生产线进行重组、改造、补充、扩容，形成单体长度在10米以上的铍青铜长导轨生产线，生产高性能长寿命铍青铜长导轨，满足用户导轨装配连接点少、强度高、高速耐磨好、耐高温、高导电性和耐电弧侵蚀质量要求。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种铍青铜长导轨生产线，包括：真空中频感应炉、多电极电渣重熔炉、机床、大型卧式挤压机、深井式电阻炉、水淬箱、拉拔机、长箱式电阻炉、矫直机，其特征在于，所述生产线依次按真空中频感应炉、多电极电渣重熔炉、机床、大型卧式挤压机、深井式电阻炉、水淬箱、拉拔机、长箱式电阻炉、矫直机工艺流程设置。

所述多电极电渣重熔炉电极数为三根及以上，炉容为1吨、2吨或3吨；

所述大型卧式挤压机的挤压力为5000吨、6300吨或10000吨；

所述深井式电阻炉深度为10米～18米，水淬箱深度为10米～18米；

所述长箱式电阻炉炉长为10米～18米。

本实用新型的总体思路是：为了满足铍青铜长导轨的生产制造及性能要求，对现有的生产线进行重组、改造，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设备，并对固溶、水淬、时效设备进行扩容配套改造，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，一方面解决了铍青铜长导轨的坯料问题，另一方面采用多电极，尤其三根及以上电极电渣重熔，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。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：在真空中频感应炉后增加多电极电渣重熔炉，使真空中频感应炉熔炼的小锭通过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，再采用大型卧式挤压机设备，并对固溶、水淬、时效设备进行扩容配套改造，形成单体长度在10米以上的铍青铜长导轨生产线，通过摸索试验得到的工艺参数控制挤压、固溶、冷拉拔、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，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是本实用新型生产线工艺流程示意图。

图2是本实用新型生产铍青铜长导轨过程控制图。

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：

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。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。所述铜电极杆203至少两根，优选三根及以上，分别用来连接真空中频感应炉1生产的小锭，以实现多个小锭熔化变大锭，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所示，一种铍青铜长导轨生产线，包括：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、矫直机9，其特征在于，所述生产线依次按真空中频感应炉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、矫直机9工艺流程设置。所述多电极电渣重熔炉2的电极数即铜电极杆203为三根及以上，炉容为1吨、2吨或3吨；所述大型卧式挤压机4的挤压力为5000吨、6300吨或10000吨；所述深井式电阻炉5深度为10米～18米，水淬箱6深度为10米～18米；所述长箱式电阻炉8炉长为10米～18米。

如图2所示，所述铍青铜长导轨生产线的生产控制工艺流程是：按设定成分配料→真空中频感应炉1熔炼→小铸锭→多电极电渣重熔炉2重熔→大铸锭→表面机加工、切冒口，表面着色检测→按交货截面形状要求热挤压，长度8.5米以上→10米以上深度的深井式电阻炉5固溶→10米以上深度的水淬箱6水淬→按交货截面尺寸、长度冷拉拔，剪切→时效热处理→矫直→无损探伤，成分、性能检测→入库。

本实用新型生产设备选用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，使产品长度满足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，固溶设备选用10米～18米深井式电阻炉5，水淬设备选用10米～18米深度的水淬箱6，时效设备选用10米～18米箱式电阻炉8，机床3、拉拔机7、矫直机9选用常规设备。

按图1所示铍青铜长导轨生产线，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；多个小锭进入多电极电渣重熔炉2重熔成大锭后，用机床3表面加工、切冒口，再用大型卧式挤压机4进行热挤压，挤压温度区间为905～930℃，挤压比≥2；将挤压后的半成品送入10米～18米的深井式电阻炉5进行固溶处理，处理温度为910～960℃，固溶时间1～3h，在1分钟内投入10米～18米深度的水淬箱6水中整体淬火；对半成品用拉拔机7进行冷拉拔，变形量为≥6％，然后置于10米～18米箱式电阻炉8，在410～600℃温度下保温2～4h，进行时效处理，待炉内冷却到100℃以下出炉后用矫直机9进行矫直，成品经无损探伤，成分、性能检测后入库。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℃。

按图2所示铍青铜长导轨生产线的生产控制工艺流程，包括以下步骤：

S1，真空中频感应炉1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；

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的铜电极杆203上，电渣重熔成大铸锭；

S3，电渣重熔锭热挤压：将所述大铸锭表面机加工、切冒口，再用大型卧式挤压机4进行热挤压成半成品，挤压温度区间为905～930℃，挤压比≥2；

S4，半成品固溶、水淬处理：将挤压后的半成品送入10米～18米的深井式电阻炉5进行固溶处理，处理温度为910～960℃，固溶时间1～3h，在1分钟内投入10米～18米深度的水淬箱6水中整体淬火；

S5，半成品冷拉拔：将水淬后的半成品用拉拔机7进行冷拉拔，变形量为≥6％，得到成品；

S6，时效热处理：将成品装入10米～18米箱式电阻炉8，在410～600℃温度下保温2～4h，待炉内冷却到100℃以下出炉，用矫直机9进行矫直，长度10米以上，成品经无损探伤，成分、性能检测后，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℃。

本实用新型所述电解铜板含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。

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％，为此，在铍青铜长导轨生产线上需要对镍板、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可知，本实用新型在真空中频感应炉后增加多电极电渣重熔炉，使真空中频感应炉熔炼的小锭通过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，再采用大型卧式挤压机设备，并对固溶、水淬、时效设备进行扩容配套改造，实现单体长度在10米以上的铍青铜长导轨生产制造。

由表2可知，结合本实用新型进行的成分设计及制造方法生产的铍青铜长导轨比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，使用寿命更长，满足铍青铜长导轨的使用需要。

本实用新型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、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 (5)

1.一种铍青铜长导轨生产线，包括：真空中频感应炉、多电极电渣重熔炉、机床、大型卧式挤压机、深井式电阻炉、水淬箱、拉拔机、长箱式电阻炉、矫直机，其特征在于，所述生产线依次按真空中频感应炉、多电极电渣重熔炉、机床、大型卧式挤压机、深井式电阻炉、水淬箱、拉拔机、长箱式电阻炉、矫直机工艺流程设置，其中：真空中频感应炉炉体内设置有石墨坩埚和金属铸模，炉体的顶面设置有抽气管、测量口、加料口和观察孔；多电极电渣重熔炉包括冷却圈、排气管、铜电极杆、冷却底板和冷却水管，冷却圈位于多电极电渣重熔炉的外壁，冷却底板位于多电极电渣重熔炉的底部，冷却水管连接到冷却圈和冷却底板，冷却圈的上部设有排气管；大型卧式挤压机包括挤压筒、挤压模、挤压垫片和挤压轴；拉拔机由拉拔模、夹头构成。

2.根据权利要求1所述的一种铍青铜长导轨生产线，其特征在于，所述多电极电渣重熔炉电极数为三根及以上，炉容为1吨、2吨或3吨。

3.根据权利要求1所述的一种铍青铜长导轨生产线，其特征在于，所述大型卧式挤压机的挤压力为5000吨、6300吨或10000吨。

4.根据权利要求1所述的一种铍青铜长导轨生产线，其特征在于，所述深井式电阻炉深度为10米～18米，水淬箱深度为10米～18米。

5.根据权利要求1所述的一种铍青铜长导轨生产线，其特征在于，所述长箱式电阻炉炉长为10米～18米。

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