一种超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及大功率发电机转子槽楔材料领域，具体地说是一种超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔的制备工艺。本发明对CuCrNiSi合金槽楔的制备工艺进行改进，通过引入连续挤压工艺，实现细化晶粒，之后再通过微冷变形及时效处理，实现高强高导CuCrNiSi合金槽楔的制备。该工艺能显著细化CuCrNiSi合金的晶粒，并通过晶粒细化、形变强化以及析出强化，提高槽楔的力学性能，同时保证较高的电学性能，进而制备性能优良的CuCrNiSi槽楔材料。利用连续挤压显著细化CuCrNiSi合金的晶粒，形成超细晶CuCrNiSi合金，使其在保持导电率基本不变以及较低的冷变形量的条件下，力学性能得到显著提高。
【专利说明】一种超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及大功率发电机转子槽楔材料领域，具体地说是一种超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔的制备工艺。
【背景技术】
[0002]发电机转子是汽轮发电机组中最为关键的核心构件，铜合金槽楔镶嵌在转子的内表面，承接转子线槽内的线圈并随转子高速旋转。在旋转过程中，槽楔需承受巨大的离心力，需要具备较高的强度、较好的延展性和优异的导电率。同时，在非正常条件下槽楔还需承受由短路所造成的温升。因此，除具备良好的力学性能外，还需要具备一定的高温性能。随着汽轮发电机组技术的发展，对铜合金槽楔的性能需求越来越高。从上个世纪60年带开始，槽楔主要采用的是CuC02BeZr合金，但由于合金存在Be等环境不友好元素，一直受到诟病。
[0003]后期，我们国家开展逐步发展CuNiCrSi系列合金，但是该系列合金在较低冷变形量的条件下的各项 性能显著低于CuC02BeZr合金，尤其是在抗拉强度方面。而如果通过单纯的加大冷变形量来提高合金的强度，又会对槽楔的安全性产生较大的影响。因此，如何保证不损害导电率的条件下，通过较低的冷变形来获得高强度CuNiCrSi合金成为一大难题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，利用连续挤压显著细化CuCrNiSi合金的晶粒，形成超细晶CuCrNiSi合金，使其在保持导电率基本不变以及较低的冷变形量的条件下，力学性能得到显著提高。
[0005]为了实现上述目的，本发明的技术方案是:
[0006]一种超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，具体制备步骤如下:
[0007](I)采用真空感应熔炼CuCrNiSi铸锭；
[0008](2)在900~940°C之间挤压成棒材，挤压比为6.0~10.0，水淬至室温；
[0009](3)棒材进行连续挤压处理，挤压成接近成品形状槽楔，挤压比控制在0.6~1.2，水冷至室温；
[0010](4)连续挤压后，槽楔经过加工率为O~6%的冷拉拔处理，形成成品槽楔形状；
[0011](5)成品形状的槽楔在450~520°C进行I~3小时的时效处理。
[0012]所述的超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，按重量百分比计，CuCrNiSi合金的化学成分为，0〈Cr ( 0.30% ；1.5<Ni ( 2.4% ；0.6<Si ( 1.5% ；0<Zr ( 0.4%，其余杂质含量总和< 0.30%，Cu余量。
[0013]所述的超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，连续挤压处理后，CuCrNiSi合金槽楔的晶粒显著细化，晶粒尺寸范围为0.2~10 μ m。
[0014]所述的超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，槽楔的冷变形量较低，仅为
O~6% ο[0015]所述的超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，经过冷拉拔变形和时效处理后，屈服强度范围为650~700MPa，抗拉强度范围为680~750MPa，延伸率范围为14~18%，导电率 30 ~40% IACS。
[0016]本发明的设计思想是:
[0017]本发明对CuCrNiSi合金槽楔的制备工艺进行改进，通过引入连续挤压工艺，实现细化晶粒，之后再通过微冷变形及时效处理，实现高强高导CuCrNiSi合金槽楔的制备。该工艺能显著细化CuCrNiSi合金的晶粒，并通过晶粒细化、形变强化以及析出强化，提高槽楔的力学性能，同时保证较高的电学性能，进而制备性能优良的CuCrNiSi槽楔材料。
[0018]本发明的优点及有益效果在于:
[0019]1、本发明通过采用连续挤压工艺，CuCrNiSi合金的晶粒得到明显细化。
[0020]2、本发明通过采用连续挤压和冷变形时效处理，使得CuCrNiSi合金的力学性能得到明显提高，并且导电率没有显著降低。
[0021]3、本发明通过对CuCrNiSi合金进行连续挤压后，仅需很小的冷变形量，甚至无需进行冷变形，在时效后仍然获得较高的力学性能。
【专利附图】
【附图说明】 [0022]图1为本发明超细晶高性能槽楔制备工艺流程图。
[0023]图2为本发明超细晶CuCrNiSi槽楔的显微组织照片。
[0024]图3为普通工艺生产的CuCrNiSi槽楔的显微组织照片。
【具体实施方式】
[0025]在本发明的【具体实施方式】中，超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，具体步骤如下:
[0026](I)采用真空感应熔炼CuCrNiSi铸锭；
[0027](2)在900~940°C之间挤压成棒材，挤压比为6.0~10.0，水淬至室温；
[0028](3)棒材进行连续挤压处理，挤压成接近成品形状槽楔，挤压比控制在0.6~1.2，水冷至室温；
[0029]在通过连续挤压设备进行连续挤压的过程中，挤压轮的转速控制在I~1rpm，模具初始温度400±20°C，CuCrNiSi合金在模具出口处的温度为500±20°C。
[0030](4)连续挤压后，槽楔经过加工率为O~6% (优选为I~4% )的冷拉拔处理，形成成品槽楔形状；
[0031](5)成品形状的槽楔进行450~520°C保温I~3小时的时效处理。
[0032]其中，按重量百分比计，CuCrNiSi合金的化学成分为，0〈Cr≤0.30% (优选为 0.15 ≤ Zr ≤ 0.25 % ) ; 1.5<Ni ≤2.4 % ；0.6<Si ≤ 1.5 % ；0<Zr ≤0.4 % (优选为
0.15 ≤ Zr ≤ 0.35%，其余杂质含量总和< 0.30%, Cu余量。连续挤压处理后，CuCrNiSi合金的晶粒显著细化，晶粒尺寸在0.2~10.0 μ m范围内(获得最优性能的晶粒尺寸范围为 0.5 ~5.0 μ m)。
[0033]本发明CuCrNiSi合金的化学成分中，采用特定含量的Zr、Cr，并与N1、S1、协同作用增加合金的力学性能。这是因为已有的研究结果表明，含有Cr和Zr的Cu合金进行连续挤压过程中，会有弥散的纳米级的单质Cr、富Cr相以及CuCr2Zr相析出，这些弥散的析出相不仅本身会提高合金的力学性能，而且也能够增加后续冷变形的增强效果。
[0034]一般认为，在合金固溶处理后，采用较大的冷变形，使合金内部增加位错、层错、空位和晶格畸变等晶体缺陷，使合金在时效过程中，大大增加第二相细小强化相析出时形核的核心位置和数量，析出相更加细小，更弥散分布，从而提高了合金时效后的性能。但是，过大的冷变形在提升强度的同时，却在合金内部产生大量的缺陷，而这些缺陷在随后的时效过程中不能被完全消除，降低了槽楔在使用过程中的安全性。因此，在本发明中，提高槽楔性能主要通过晶粒细化来完成，槽楔的冷变形量控制极低，仅在O~6%之间，从而保证槽楔的可靠性。
[0035]经过冷拉拔变形和时效处理后，屈服强度范围为650~700MPa，抗拉强度范围为680~750MPa，延伸率范围为14~18%，导电率30~40% IACS，形成超细晶高强高导CuCrNiSi合金槽楔。
[0036]下面通过实施例和附图对本发明进一步详细描述。
[0037]实施例1
[0038]采用纯铜、铜铬中间合金、纯锆以及纯Ni等原材料进行真空冶炼，合金化学成分见表1。
[0039]表1合金的化学成分(wt.% )
[0040]
【权利要求】
1.一种超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺,其特征在于,具体制备步骤如下: (1)采用真空感应熔炼CuCrNiSi铸锭； (2)在900~940°C之间挤压成棒材，挤压比为6.0~10.0，水淬至室温； (3)棒材进行连续挤压处理，挤压成接近成品形状槽楔，挤压比控制在0.6~1.2，水冷至室温； (4)连续挤压后，槽楔经过加工率为O~6%的冷拉拔处理，形成成品槽楔形状； (5)成品形状的槽楔在450~520°C进行I~3小时的时效处理。
2.按照权利要求1所述的超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，其特征在于，按重量百分比计，CuCrNiSi合金的化学成分为，0〈Cr ( 0.30% ；1.5<Ni ^ 2.4 % ；0.6<Si ( 1.5% ；0<Zr ( 0.4%，其余杂质含量总和≤0.30%，Cu余量。
3.按照权利要求1所述的超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，其特征在于，连续挤压处理后，CuCrNiSi合金槽楔的晶粒显著细化，晶粒尺寸范围为0.2~10 μ m。
4.按照权利要求1所述的超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，其特征在于，槽楔的冷变形量较低，仅为O~6%。
5.按照权利要求1所述的超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，其特征在于，经过冷拉拔变形和时效处理后，屈服强度范围为650~700MPa，抗拉强度范围为680~750MPa，延伸率范围为14~18%，导电率30~40% IACS。
【文档编号】C22F1/08GK104032245SQ201410249942
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】姜海昌, 闫德胜, 戎利建, 赵明久, 胡小锋, 宋元元, 陈胜虎 申请人:中国科学院金属研究所