一种高强高导接触线用铜合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铜合金材料技术领域，具体涉及一种高强高导接触线用铜合金及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 电气化铁路接触网是电气化铁路的重要组成部分，它主要由接触线、载流承力索、 不载流承力索和吊弦(线）等部件构成，其中接触线通过与电力机车受电弓滑板直接接触将 电能从牵引变电所传输给机车，是保证电气化铁路正常运营的关键构件。目前开发的铁路 接触线合金有Cu-Ag、Cu-Mg、Cu-Sn以及Cu-Cr-Zr合金，其中Cu-Cr-Zr合金作为铁路接触 线合金具有高强度、高导电率、高的耐磨性以及高的软化温度，被国内外认为是目前最理想 的接触线合金。公开号为CN101386925A的中国发明专利公开了一种接触线用Cu-Cr-Zr 合金制备工艺，通过该工艺制备的合金，其抗拉强度大，不小于590MPa，但其导电率不高，仅 为 77%IACS。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种高强高导接触线用铜合金及其制备方法。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案的基本构思是：一种高强高导接 触线用铜合金，所述铜合金由铬、锆、锌、钛、银和铜元素以及不可避免的杂质元素组成，各 组分占铜合金总量的重量百分比为铬0. 2-0. 8%，锆0. 1-0. 5%，锌0. 1-0. 4%，钛0. 1-0. 5%，银 0. 1-0. 4%，余量为铜和不可避免的杂质元素。
[0005] -种高强高导接触线用铜合金的制备方法，包括以下步骤： 步骤一、制备中间合金：将铜、锆放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空 至炉内压强为0. 〇5Pa，然后充入氩气至炉内压强为0. 05MPa，加热至1050-1100 °C，熔炼 0. 5-lh，自然冷却后得到Cu-Zr中间合金，备用； 步骤二、熔炼、铸模：将铜、锌、银、钛以及步骤一制得的Cu-Zr中间合金放入高频 真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为0. 〇5Pa，然后充入氮气至炉内压强为 0. 05MPa，控制熔炼温度为1200-1300°C，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇筑温度控制在 1150-1200。。； 步骤三、热挤压：将步骤二得到的铸锭加热至850-950°C，保温1-3小时，然后热挤压成 棒材，挤压比5-10:1，得到棒坯； 步骤四、固溶处理：将步骤三的棒坯装入热处理炉中，在850-900°C保温1-2小时，然后 进行水淬，得到合金备用； 步骤五、拉拔变形：将步骤四固溶处理后得到的合金进行拉拔变形，变形量为40-80%;步骤六、时效处理和拉拔变形：将步骤五拉拔变形后的合金进行时效处理，时效温度为 450-550°C，保温2-10小时，之后进行拉拔变形，变形量为20-80%，即制得高强高导铜合金。
[0006] 优选地，所述的一种高强高导接触线用铜合金的制备方法步骤六中时效处理和拉 拔变形的方法为：先在时效温度450-500°C下保温2-4小时，进行第一次拉拔变形，变形量 为40-80% ;然后在时效温度450-550°C下保温2-4小时，再进行第二次拉拔变形，变形量为 40-80%〇
[0007] 优选地，所述的一种高强高导接触线用铜合金的制备方法步骤六中时效处理和拉 拔变形的方法为：先在时效温度460°C下保温2小时，进行第一次拉拔变形，变形量为40% ; 然后在时效温度450°C下保温2-4小时，进行第二次拉拔变形，变形量为40-60%;然后在时 效温度450°C下保温2小时，再进行第三次拉拔变形，变形量为60%。
[0008] 有益效果： (1)本发明在Cu-Cr-Zr合金的基础上加入了银、锌和钛，其中，加入银能够大幅提高合 金的导电率，也能同时提高合金的延伸率；加入锌能够提高合金强度，同时可显著改善合金 的机械加工性能；加入钛能够充分提高合金的延伸率，提高合金的抗软化温度。因为加入锌 和钛的量过多会影响合金的导电性，所以锌和钛的加入量分别为0. 1-0. 4%和0. 1-0. 5%。
[0009] (2)在制备过程中，采用多次时效处理和多次拉拔变形的操作方法，可以提高析出 相的形核位置，而析出相析出越多，则合金的强度和导电率越高。
[0010] (3)本发明通过限定合金的成分及其比例，使各成分综合作用，显著提高了合金材 料的综合性能，能较好的满足接触线工业领域用材料对铜合金性能的要求。本发明的铜合 金具有制备过程简单、工艺流程短、高强度、高导电性、热加工性能优良等特点，其抗拉强度 可达 670MPa。
【具体实施方式】
[0011] 以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0012] -种高强高导接触线用铜合金，所述铜合金由铬、锆、锌、钛、银和铜元素以及不可 避免的杂质元素组成，各组分占铜合金总量的重量百分比为铬〇. 2-0. 8%，锆0. 1-0. 5%，锌 0. 1-0. 4%，钛0. 1-0. 5%，银0. 1-0. 4%，余量为铜和不可避免的杂质元素。
[0013] -种高强高导接触线用铜合金的制备方法，包括以下步骤： 步骤一、制备中间合金：将铜、锆放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空 至炉内压强为0. 〇5Pa，然后充入氩气至炉内压强为0. 05MPa，加热至1050-1100 °C，熔炼 0. 5-lh，自然冷却后得到Cu-Zr中间合金，备用； 步骤二、熔炼、铸模：将铜、锌、银、钛以及步骤一制得的Cu-Zr中间合金放入高频 真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为0. 〇5Pa，然后充入氮气至炉内压强为 0. 05MPa，控制熔炼温度为1200-1300°C，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇筑温度控制在 1150-1200。。； 步骤三、热挤压：将步骤二得到的铸锭加热至850-950°C，保温1-3小时，然后热挤压成 棒材，挤压比5-10:1，得到棒坯； 步骤四、固溶处理：将步骤三的棒坯装入热处理炉中，在850-900°C保温1-2小时，然后 进行水淬，得到合金备用； 步骤五、拉拔变形：将步骤四固溶处理后得到的合金进行拉拔变形，变形量为40-80%;步骤六、时效处理和拉拔变形：将步骤五拉拔变形后的合金进行时效处理，时效温度为 450-550°C，保温2-10小时，之后进行拉拔变形，变形量为20-80%，即制得高强高导铜合金。
[0014] 优选地，所述的铜合金制备方法步骤六中时效处理和拉拔变形的方法为：先在时 效温度450-500°C下保温2-4小时，进行第一次拉拔变形，变形量为40-80% ;然后在时效温 度450-550°C下保温2-4小时，再进行第二次拉拔变形，变形量为40-80%。
[0015] 优选地，所述的铜合金制备方法步骤六中时效处理和拉拔变形的方法为：先在时 效温度460°c下保温2小时，进行第一次拉拔变形，变形量为40% ;然后在时效温度450°C下 保温2-4小时，进行第二次拉拔变形，变形量为40-60% ;然后在时效温度450°C下保温2小 时，再进行第三次拉拔变形，变形量为60%。
[0016] 实施例1 一种高强高导接触线用铜合金，所述铜合金由铬、锆、锌、钛、银和铜元素以及不可避免 的杂质元素组成，各组分占铜合金总量的重量百分比为铬0. 2%，锆0. 2%，银0. 1%，锌0. 2%， 钛0. 3%，余量为铜和不可避免的杂质元素。
[0017] 具体制备方法为： 步骤一、制备中间合金：将铜、锆放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空 至炉内压强为0. 〇5Pa，然后充入氩气至炉内压强为0. 05MPa，加热至1050°C，熔炼lh，自然 冷却后得到Cu-Zr中间合金，备用； 步骤二、熔炼、铸模：将铜、银、锌、钛以及步骤一制得的Cu-Zr中间合金放入高频真空 熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为〇. 〇5Pa，然后充入氮气至炉内压强为0. 05MPa，控 制熔炼温度为1200°C，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇筑温度控制在1150°C; 步骤三、热挤压：将步骤二得到的铸锭加热至850°C，保温2小时，然后热挤压成棒材， 挤压比8:1，得到棒坯； 步骤四、固溶处理：将步骤三的棒坯装入热处理炉中，在850