一种导条端环用高强高导Cu?Cr?Zr?RE合金及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种导条端环用高强高导Cu?Cr?Zr?RE合金及其制备方法。包括Cu、Cr、Zr和RE，所述各物料以wt%计比例为：Cr 0.5?1.2，Zr 0.01?0.5，稀土元素0?0.5，余量为铜或者为铜和不可避免的杂质元素。本发明采用真空熔炼工序，全过程通氩气保护，最大限度的排氧、脱氧，解决溶体吸气、净化问题；本发明浇注过程中采用加压凝固技术，提高合金组织致密度，改善元素偏析状况；本发明通过稀土元素改性及熔炼工艺改善等手段进行材料成分优化设计，突破强度和导电率相互矛盾的关系，在保证导条端环高强度的同时显著提高了导电性能。
【专利说明】
一种导条端环用高强高导Gu-Gr-Zr-RE合金及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于材料制备技术领域，特别是提供了一种导条端环用高强高导Cu-Cr-Zr-RE 合金及其制备技术。
【背景技术】
[0002] 导条和端环为高速异步牵引电机转子关键部件，由于牵引电机功率大、转速高，转子温 升高达350-400 °C，要求转子的关键部件材料必须有足够高的强度和导电率，并兼顾较高的 抗高温软化能力。随着电气化铁路向高速、重载方向发展，牵引电机转子中关键部件用材料 的服役条件更加苛刻，对导条和端环等关键部件的材料性能提出了更高要求。然而，材料的 强度和导电率是一对相互矛盾的特性，提高材料导电率将导致强度降低，提高材料强度则 导致导电率的大幅下降。因此，如何通过微合金化等成分设计手段以及先进制备工艺获得 同时具备高强度和高导电率的合金，对于高速异步牵引电机转子中导条和端环等关键部件 的开发具有重要意义。目前，导条和端环大多采用高强高导Cu-Cr-Zr合金，采用传统熔炼铸 造工艺，由于Cr、Zr合金元素熔点高于Cu，熔化状态下极易发生氧化、吸气、成分偏析等现 象，导致材料制备困难及制备的合金存在组织致密度低、铸态缺陷严重等问题。专利CN 201010181509.2公开了一种大功率调频调速异步牵引电机用铜合金导条和端环及其制备 方法，采用中频感应熔炼+半连铸技术制备出导条和端环Cu-Cr-Zr合金材料，并通过固溶时 效和加工方式强化，强度可以满足使用要求，但导电率不高。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种导条端环用高强高导Cu-Cr-Zr-RE合金及其制备方法，通过向Cu-Cr-Zr合金中添加微量稀土元素，并采用真空熔炼+加压凝固技术等工艺，以制备出组织致 密、性能优异、能满足产品性能要求和服役条件的高强高导Cu-Cr-Zr-RE合金。
[0004] 为此本发明采用的技术方案是：1.高强高导Cu-Cr-Zr-RE合金成分(wt%)为：Cr 0.5-1.2，Zr 0.01-0.5，稀土元素0-0.5，余量为铜和不可避免的杂质元素。其中稀土元素为 铈、镧中的一种或两种，调整稀土元素在合金中所占的比例，可以得到不同强度和导电率相 结合的合金，以满足实际使用中的不同需求。
[0005] 2.按上述组分进行原材料准备，后续的制备工艺主要步骤包括： 1)配料:根据Cu-Cr-Zr-RE合金各组分要求配料。原材料选用99.95%电解铜、纯Cr板、Zr 和稀土元素以中间合金形式加入。熔炼前对原材料进行表面烘干、除油除锈等预处理。
[0006] 2)真空熔炼+加压凝固：将配好的原材料放入真空感应熔炼炉内进行熔炼，加料顺 序为电解铜、Cr板、Zr和稀土中间合金，其中，在加入Zr和稀土元素之前，对熔液要进行充分 的脱氧、除气、除渣等预处理，采用红外测温仪测温，熔炼温度为1200-1300°C，真空度保持 在HT2MPa以下，恪炼过程完成后，在真空室内进行浇注，饶注的同时进行气体加压，压力保 持在0.5-1.010^，浇注温度控制在1150_1200°(：，浇注完成后脱模。
[0007] 3)热处理:将步骤(2)得到的铸锭装入进行固溶时效热处理，固溶温度为850-980 °C，保温1-2小时，快速水冷;时效温度为300-600°(：，保温2-611，空冷。对热处理后合金进行 性能测试。
[0008] 本发明提供的导条端环用高强高导Cu-Cr-Zr-RE合金及其制备技术，在Cu-Cr-Zr 合金的基础上加入微量稀土元素，采用真空熔炼+加压凝固技术，三者的结合可以显著提高 制备的合金材料的综合性能。稀土元素的加入不仅能改变合金的熔炼工艺性，利于精炼、除 气和微合金化等作用，还可以提高合金的抗拉强度、导电率、软化温度及延伸率等。采用真 空熔炼+加压凝固技术，解决了传统铸造工艺制备合金组织致密度低、易产生元素偏析和铸 态缺陷等问题。采用本发明提供的技术制备出的导条和端环性能高于国家标准，较好的满 足高速异步牵引电机转子中导条和端环部件对合金材料的性能要求，市场应用前景好。
[0009] 本发明的优点是：1)采用真空熔炼工序，全过程通氩气保护，最大限度的排氧、脱 氧，解决溶体吸气、净化问题； 2) 浇注过程中采用加压凝固技术，提高合金组织致密度，改善元素偏析状况； 3) 通过稀土元素改性及熔炼工艺改善等手段进行材料成分优化设计，突破强度和导电 率相互矛盾的关系，在保证导条端环高强度的同时显著提高了导电性能。
【具体实施方式】
[0010] 实施案例一:本实施案例所述合金配料比(wt%)为:Cr=O. 8，Zr=O. I，RE=0，余量为铜和 不可避免的杂质。
[0011] 具体制备方法:首先按组分要求配料，熔炼前对原材料进行表面烘干、除油除锈等 预处理;将配好的原材料放入真空感应熔炼炉内进行熔炼，加热，抽真空(真空度保持在HT 2MPa以下），红外测温仪测温，熔炼过程完成后在真空室内进行浇注，浇注的同时进行气体 加压，压力保持在1.0 MPa，浇注温度控制在1200°C，浇注完成后脱模;最后将铸锭装入进行 固溶时效热处理，固溶温度为950 °C，保温1小时，快速水冷；时效温度为450°C，保温4h，空 冷。对热处理后合金进行性能测试。
[0012] 在室温条件下，制备的合金电阻率为2.9μ Ω · cm，抗拉强度和延伸率分别为350MPa 和15%，350 °C试验温度下抗拉强度和延伸率分别为300MPa和12%。
[0013] 实施案例二:本实施案例所述合金配料比(wt%)为:Cr=O. 8，Zr=O. I，RE =0.2，余量 为铜和不可避免的杂质。
[0014] 具体制备方法：首先按Cu-Cr-Zr-RE组分要求配料，熔炼前对原材料进行表面烘 干、除油除锈等预处理;将配好的原材料放入真空感应熔炼炉内进行熔炼，加热，抽真空(真 空度保持在HT 2MPa以下），红外测温仪测温，熔炼过程完成后在真空室内进行浇注，浇注的 同时进行气体加压，压力保持在1.0 MPa，浇注温度控制在1200°C，浇注完成后脱模;最后将 铸锭装入进行固溶时效热处理，固溶温度为950 °C，保温1小时，快速水冷；时效温度为450 °C，保温4h，空冷。对热处理后合金进行性能测试：
[0015] 实施案例三：本实施案例所述合金配料比（wt%)为：Cr=O. 8，Zr=O. I，RE =O. 5，余量 为铜和不可避免的杂质。
[0016 ]具体制备方法：首先按Cu -Cr -Zr -RE组分要求配料，恪炼前对原材料进行表面烘 干、除油除锈等预处理;将配好的原材料放入真空感应熔炼炉内进行熔炼，加热，抽真空(真 空度保持在HT2MPa以下），红外测温仪测温，熔炼过程完成后在真空室内进行浇注，浇注的 同时进行气体加压，压力保持在1.0 MPa，浇注温度控制在1200°C，浇注完成后脱模;最后将 铸锭装入进行固溶时效热处理，固溶温度为950 °C，保温1小时，快速水冷；时效温度为450 °C，保温4h，空冷。对热处理后合金进行性能测试：
【主权项】
1. 一种导条端环用高强高导Cu-Cr-Zr-RE合金，其特征在于，包括Cu、Cr、Zr和RE，所述 各物料以wt%计比例为:Cr 0.5-1.2，Zr 0.01-0.5，稀土元素0-0.5，余量为铜或者为铜和不 可避免的杂质元素。2. 根据权利要求1所述的一种导条端环用高强高导Cu-Cr-Zr-RE合金，其特征在于，所 述稀土元素为铈、镧中的一种或两种。3. 根据权利要求1所述的一种导条端环用高强高导Cu-Cr-Zr-RE合金，其特征在于，原 材料选用99.95%电解铜、纯Cr板、Zr和稀土元素。4. 一种导条端环用高强高导Cu-Cr-Zr-RE合金的制备方法，其特征在于，按以下步骤进 行： 1) 配料:根据Cu-Cr-Zr-RE合金各组分要求配料； 2) 真空熔炼+加压凝固：将配好的原材料放入真空感应熔炼炉内进行熔炼，加料顺序为 电解铜、Cr板、Zr和稀土中间合金，熔炼温度为1200-1300°C，真空度保持在10- 2MPa以下，熔 炼过程完成后，在真空室内进行浇注，浇注的同时进行气体加压，压力保持在0.5-1. OMPa， 浇注温度控制在1150-1200°C，浇注完成后脱模； 3) 热处理:将步骤(2)得到的铸锭装入进行固溶时效热处理，固溶温度为850-980°C，保 温1 -2小时，快速水冷;时效温度为300-600 °C，保温2-6h，空冷。5. 根据权利要求4所述的一种导条端环用高强高导Cu-Cr-Zr-RE合金的制备方法，其特 征在于，所述1)步骤中，原材料选用99.95%电解铜、纯Cr板、Zr和稀土元素以中间合金形式 加入。6. 根据权利要求4所述的一种导条端环用高强高导Cu-Cr-Zr-RE合金的制备方法，其特 征在于，所述2)步骤熔炼前对原材料进行表面烘干、除油除锈预处理。7. 根据权利要求4所述的一种导条端环用高强高导Cu-Cr-Zr-RE合金的制备方法，其特 征在于，所述2)步骤中在加入Zr和稀土元素之前，对熔液要进行充分的脱氧、除气、除渣预 处理。
【文档编号】B22D27/13GK106086508SQ201610401790
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月11日
【发明人】宋克兴, 周志云, 张伟, 王攀, 李军, 施振川
【申请人】江苏迅达电磁线有限公司