RU2709909C1 - Низколегированный медный сплав - Google Patents
Низколегированный медный сплав Download PDFInfo
- Publication number
- RU2709909C1 RU2709909C1 RU2018141509A RU2018141509A RU2709909C1 RU 2709909 C1 RU2709909 C1 RU 2709909C1 RU 2018141509 A RU2018141509 A RU 2018141509A RU 2018141509 A RU2018141509 A RU 2018141509A RU 2709909 C1 RU2709909 C1 RU 2709909C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- copper
- alloy
- less
- low
- electrical conductivity
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C9/00—Alloys based on copper
- C22C9/02—Alloys based on copper with tin as the next major constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C9/00—Alloys based on copper
- C22C9/04—Alloys based on copper with zinc as the next major constituent
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к медным сплавам, используемым в качестве материала контактной сети высокоскоростного железнодорожного транспорта. Низколегированный медный сплав содержит олово, цинк, медь и примеси, в том числе свинец, железо и алюминий, при следующем соотношении, мас.%: Sn 0,25-0,4, Zn 0,5-1,0, Pb менее 0,003, Fe менее 0,003, Al менее 0,1, медь - остальное, при этом структура сплава содержит мелкодисперсные выделения интерметаллидов Cu3Sn размером 5-10 нм. Сплав имеет комплекс высоких эксплуатационных характеристик, а именно высокую прочность, высокую электропроводность, термостойкость и технологичность. 1 ил., 2 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к медным сплавам, используемым в качестве материалов контактной сети высокоскоростного железнодорожного транспорта.
Низколегированные медные сплавы, благодаря высокой прочности и выдающейся электропроводности находят свое применение в качестве линий контактной сети железнодорожного транспорта. Повышение скорости перемещения железнодорожных транспортных средств требует увеличения прочности контактных проводов, из-за увеличения силы натяжения провода. К материалу для контактной сети также предъявляются требования по термической стойкости структуры в связи с частыми перегревами провода при эксплуатации до 300°С. Кроме того, важным параметром производства контактного провода является высокая технологичность материала провода и возможность производства из него неразрывных изделий длиной более 1500 м. Известно, что повышение прочности практически во всех случаях негативно сказывается на электропроводящих и пластических характеристиках материала. Оптимизация химического состава и микроструктурного дизайна низколегированных сплавов позволит повысить прочностные свойства материалов для контактных проводов при сохранении электропроводности и термической стойкости на высоком уровне и решить проблему технологичности производства проводов для контактной сети высокоскоростного железнодорожного транспорта.
Известен контактный провод из медно-хромо-титанового сплава и способ его получения (CN №103966475 А, публ. 06.08.2014), применяемый для контактных проводов. Контактный провод из медно-хромо-титанового сплава производят с помощью непрерывного литья, непрерывной экструзии, термообработки, прокатки и волочения медного сплава, содержащего 0,15-0,35% Cr, 0,10-0,23% Ti, 0-0,05% Mg и 0-0,02% Si, примеси не более 0,1%, медь - остальное. Контактный провод имеет относительно высокую прочность на разрыв 465-550 МПа, отличную электропроводность - 76-85% от электропроводности чистой меди (% IACS), хорошую термостойкость и износостойкость под напряжением.
Недостатком данного сплава является недостаточная технологичность из-за сложности введения в расплав элементов IV группы таблицы Менделеева, которые активно взаимодействуют с кислородом. Из-за сильного окисления Cr и Ti в расплаве в процессе горячей обработки давлением формируются некачественные отливки с развитыми горячими трещинами, что недопустимо при непрерывном производстве провода и ведет к браку готовых изделий (Гершман И.С., Миронос Н.В., Требования к контактным проводам для высокоскоростного железнодорожного транспорта // Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. – 2011, - №3, - с. 13-17; Берент В.Я., Материалы и свойства электрических контактов в устройствах железнодорожного транспорта. Москва: Интекст, 2005, 408 с.).
Известен ГОСТ 2584-86 «Провода контактные из меди и ее сплавов», где в качестве материала для контактной сети предлагаются магниевые, циркониевые и кадмиевые бронзы. Однако эти сплавы обладают рядом недостатков. Предложенные в ГОСТе 2584-86 магниевые бронзы характеризуются низкой электропроводностью и недостаточной прочностью. Производство циркониевой бронзы нетехнологично и сталкивается с проблемой зашлаковывания зеркала расплава оксидами циркония и получения дефектной структуры отливок. Основным недостатком кадмиевых бронз является высокая токсичность кадмия и необходимость использования в производстве дополнительных систем вентиляции и средств индивидуальной защиты персонала, а также особых условий утилизации отходов.
Известен сплав, описанный в патенте на изобретение «Производство контактного провода из сплава системы Cu-Sn» CN 105127233 А (09.12.2015, Китай). Процесс производства контактного провода из оловянно-медного сплава включат непрерывное литье, непрерывную экструзию и процедуру холодной прокатки сплава, содержащего 0,2-0,23% олова, остальное - медь. Основной недостаток сплава - недостаточная прочность (420 МПа), которая не может гарантировать надежное использование контактного провода при движении поездов со скоростью свыше 150 км/ч.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является сплав системы Cu-Sn, описанный в патенте «Медный сплав для контактного провода и его применение» (CN 101684529 А, публ. 31.03.2010). В качестве материала для проводов контактной сети в патенте предложено использовать медный сплав, содержащий 0,01-0,4% (мас.%) олова или медные сплавы, легированных оловом, хромом и/или цирконием в количестве 0,01-0,5% (мас.%), остальное - медь. Медный сплав, легированный только оловом обладают недостаточно высокой прочностью (415 МПа) и низкой электрической проводимостью - 75% IACS, дополнительное легирование хромом и цирконием позволяет повысить предел прочности до 450-520 МПа при электропроводности 80-85% I.ACS. Однако, как отмечалось выше, легирование сплавов Cr и Zr ограничивает применение медных сплавов в качестве материалов для контактного провода из-за горячеломкости в процессе прокатки данных сплавов, таким образом, основной проблемой предложенных в патенте сплавов является их низкая технологичность.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка сплава, обладающего высокой прочностью, высокой электропроводностью, термической стойкостью и технологичностью.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого низколегированного медного сплава, включающего олово, причем сплав содержит дополнительно цинк и ограниченно примеси свинца, железа и алюминия при следующем соотношении компонентов в мас.%:
Sn | 0,25-0,4 |
Zn | 0,5-1,0, |
Pb | менее 0,003, |
Fe | менее 0,003, |
Al | менее 0,1, |
медь | остальное |
Предложенный сплав отличается от прототипа тем, что содержит следующие компоненты в мас.%:
Zn | 0,5-1,0, |
Pb | менее 0,003, |
Fe | менее 0,003, |
Al | менее 0,1, |
медь | остальное |
Техническим результатом изобретения является полученный химический состав, обеспечивающий оптимальное соотношение прочности, электропроводности, термической стойкости и технологичности, и позволяющий применять его в качестве материала контактной сети высокоскоростного железнодорожного транспорта.
В составе сплава компоненты проявляют себя следующим образом.
Благодаря предложенному сочетанию легирующих элементов в медном сплаве удается получить уникальный микроструктурный дизайн. Оптимальное содержание олова 0,25-0,4% и цинка 0,5-1,0% необходимо для дисперсионного и твердорастворного упрочнения, соответственно. Легирование оловом способствует формированию мелкодисперсных интерметаллидов Cu3Sn размером 5-10 нм, упрочняющих сплав. Данные частицы обеспечивают стабильность структуры при нагреве до высоких температур и хорошую термостойкость. Легирование цинком обеспечивает твердорастворное упрочнение, снижает энергию дефекта упаковки, что способствует развитию деформационного двойникования, а также облегчает накопление дислокаций в материале. Это приводит к повышению эффективности деформационного упрочнения при большой пластической деформации. Легирование сплава оловом и цинком ниже заявленных пределов приводит к сильному снижению прочностных свойств, а его добавка свыше заявленных пределов влечет сильное падение электропроводности материала (Фиг. 1).
Ограничение содержания примесей свинца, железа и алюминия, связано с тем, что даже микролегирование данными компонентами влечет ухудшение технологичности и сильное снижение электропроводности до 50-60% IACS.
Влияние легирующих элементов на электрическую проводимость бронз с учетом предельной растворимости элементов (Осинцев О.Е., Федоров В.Н., Медь и медные сплавы. - Машиностроение, 2004. - 336 с.) представлено на Фиг. 1.
Содержание легирующих элементов в заявленных пределах позволяет повысить прочностные характеристики и обеспечить термостабильность микроструктуры и свойств, сохранив технологичность и электропроводность медного сплава для контактной сети высокоскоростного железнодорожного транспорта на высоком уровне. Высокая прочность провода обеспечит возможность надежного осуществления движения поездов со скоростью более 250 км/ч.
Пример осуществления
Было отлито три сплава с химическим составом, представленным в таблице 1. В состав шихты для плавки входили отходы производства куксовые - 28-30%; переплав собственного производства - 13-15%, вторичная медь - 52-55%, лигатуры Cu-Zn (30% Zn) - 1,4-2,0%, Cu-Sn (20% Sn) - 0,6-1%. Сплавы подвергались гомогенизации при температуре 800°С в течение 1 ч с последующим охлаждением в воду. После данной термической обработки сплавы подвергались горячей ковке и деформационному воздействию при комнатной температуре с суммарной степенью деформации ε=4.
В таблице 2 приведены эксплуатационные характеристики сплава после деформационно-термической обработки. Испытания на одноосное растяжение были проведены при комнатной температуре согласно ГОСТ 1497-84 на испытательной машине «Instron 5882» с целью определения предела прочности (σв) и относительного удлинения (δ). Электропроводность была определена вихретоковым методом в соответствии с ГОСТ 27333-87. Термическая стойкость была оценена по размягчению после часового отжига при температуре 300°С. Технологичность была оценена по наличию трещин и литейных дефектов с помощью визуального наблюдения и дефектоскопии с использованием вихретокового дефектоскопа ВД-70 (НПК ЛУЧ), соответственно данные представлены в таблице 2.
Как видно из таблицы 2, комплекс эксплуатационных свойств сплавов позволяет применять данные материалы для изготовления контактного провода высокоскоростного железнодорожного транспорта. Легирование оловом и цинком при ограниченном содержании примесей свинца, железа и алюминия позволяет получить сплавы с высокой прочностью, электропроводностью, высокой термостойкостью и технологичностью.
Claims (3)
- Низколегированный медный сплав, содержащий олово, цинк, медь и примеси, в том числе свинец, железо и алюминий, отличающийся тем, он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
-
Sn 0,25-0,4 Zn 0,5-1,0, Pb менее 0,003, Fe менее 0,003, Al менее 0,1, медь остальное, - при этом структура сплава содержит мелкодисперсные выделения интерметаллидов Cu3Sn размером 5-10 нм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018141509A RU2709909C1 (ru) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | Низколегированный медный сплав |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018141509A RU2709909C1 (ru) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | Низколегированный медный сплав |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2709909C1 true RU2709909C1 (ru) | 2019-12-23 |
Family
ID=69022866
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018141509A RU2709909C1 (ru) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | Низколегированный медный сплав |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2709909C1 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010126783A (ja) * | 2008-11-28 | 2010-06-10 | Nippon Mining & Metals Co Ltd | 電子材料用銅合金板又は条 |
RU2482204C2 (ru) * | 2008-10-31 | 2013-05-20 | Зундвигер Мессингверк Гмбх Унд Ко.Кг | Медно-оловянный сплав, композитный материал и их применение |
JP2013108122A (ja) * | 2011-11-18 | 2013-06-06 | Jx Nippon Mining & Metals Corp | 放熱性及び繰り返し曲げ加工性に優れた銅合金板 |
JP2014080677A (ja) * | 2012-09-28 | 2014-05-08 | Jx Nippon Mining & Metals Corp | 放熱性及び繰り返し曲げ加工性に優れた銅合金板 |
JP2014080681A (ja) * | 2012-09-28 | 2014-05-08 | Jx Nippon Mining & Metals Corp | 放熱性及び繰り返し曲げ加工性に優れた銅合金板 |
JP2015101773A (ja) * | 2013-11-26 | 2015-06-04 | Jx日鉱日石金属株式会社 | 導電性及び応力緩和特性に優れる銅合金板 |
US20160056698A1 (en) * | 2013-04-26 | 2016-02-25 | Wieland-Werke Ag | Cast copper alloy for asynchronous machines |
-
2018
- 2018-11-26 RU RU2018141509A patent/RU2709909C1/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2482204C2 (ru) * | 2008-10-31 | 2013-05-20 | Зундвигер Мессингверк Гмбх Унд Ко.Кг | Медно-оловянный сплав, композитный материал и их применение |
JP2010126783A (ja) * | 2008-11-28 | 2010-06-10 | Nippon Mining & Metals Co Ltd | 電子材料用銅合金板又は条 |
JP2013108122A (ja) * | 2011-11-18 | 2013-06-06 | Jx Nippon Mining & Metals Corp | 放熱性及び繰り返し曲げ加工性に優れた銅合金板 |
JP2014080677A (ja) * | 2012-09-28 | 2014-05-08 | Jx Nippon Mining & Metals Corp | 放熱性及び繰り返し曲げ加工性に優れた銅合金板 |
JP2014080681A (ja) * | 2012-09-28 | 2014-05-08 | Jx Nippon Mining & Metals Corp | 放熱性及び繰り返し曲げ加工性に優れた銅合金板 |
US20160056698A1 (en) * | 2013-04-26 | 2016-02-25 | Wieland-Werke Ag | Cast copper alloy for asynchronous machines |
JP2015101773A (ja) * | 2013-11-26 | 2015-06-04 | Jx日鉱日石金属株式会社 | 導電性及び応力緩和特性に優れる銅合金板 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10460849B2 (en) | Lightweight, high-conductivity, heat-resistant, and iron-containing aluminum wire, and preparation process thereof | |
CN109355525B (zh) | 一种多尺度多元高强高导铜铬锆系合金材料及其制备方法 | |
JP4357536B2 (ja) | 強度と成形性に優れる電気電子部品用銅合金板 | |
CA2850053C (en) | Leadless free-cutting copper alloy and method for producing the same | |
JPH04231431A (ja) | 機械加工可能な鍛造用銅含有合金 | |
KR20150116825A (ko) | 고강도 Cu-Ni-Co-Si계 구리 합금 판재 및 이의 제조법 및 통전 부품 | |
JP2001294957A (ja) | コネクタ用銅合金およびその製造法 | |
EP3485050B1 (de) | Kupfer-nickel-zinn-legierung, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung | |
US20090183803A1 (en) | Copper-nickel-silicon alloys | |
US11041233B2 (en) | Copper-nickel-tin alloy, method for the production and use thereof | |
CN110863120B (zh) | 一种引线框架用铜合金及其制备方法 | |
JP2005206891A (ja) | 高強度高導電率銅合金 | |
US10982302B2 (en) | Copper-nickel-tin alloy, method for the production and use thereof | |
CN111809079B (zh) | 一种高强高导铜合金导线材料及其制备方法 | |
KR20130097665A (ko) | 구리 합금 | |
JP2008214760A (ja) | 無鉛快削性黄銅合金及びその製造方法 | |
US20190062876A1 (en) | Copper alloy containing tin, method for producing same, and use of same | |
JP2009203510A (ja) | 高強度および高導電率を兼備した銅合金 | |
CA1119920A (en) | Copper based spinodal alloys | |
RU2709909C1 (ru) | Низколегированный медный сплав | |
US11028463B2 (en) | Copper alloy containing tin, method for producing same, and use of same | |
KR100631041B1 (ko) | 절삭성 및 가공성이 우수한 쾌삭황동합금 | |
JP4684787B2 (ja) | 高強度銅合金 | |
RU2677902C1 (ru) | Высокопрочный медный сплав | |
JP4184357B2 (ja) | 無鉛快削性黄銅合金及びその製造方法 |