专利名称：电机端环材料及其用该材料制作电机端环的方法
技术领域：
本发明涉及一种电机端环材料及其用该材料制作电机端环的方法，更具体地讲是一种对铁路高速牵引电机的端环用的材料选择及其用所选择的材料制作端环的方法，属于电机的新材料技术领域。
背景技术：
常规的铁路高速牵引电机的端环所使用的材料为纯铜制作，用纯铜制成的电机端环虽然无硬度是其一大欠缺，但由于其具有良好的电机性能，指标为导电率(MS/m)57.5、抗拉强度(Mpa)195、延伸率(％)30，因此基本能满足常规牵引电机的总体使用要求。然而，由于目前铁路运输量与日俱增，列车的速度越来越快，我国铁道部门已多次提速，但仍不能满足日益增长的运输量的要求。
由于列车的速度越来越快，从而对牵引电机的要求也日益严苛，常规的铁路牵引电机已无法满足高速列车的需要。因为，由于现有的铁路高速牵引电机的端环采用纯铜制作，在银焊或铜焊时，需要升温至560℃以上才可能焊接，因此材质内部金相组织发生变化，使晶粒变粗，机械强度降低，甚至出现断裂，在使用过程中还经常出现发热，使电机的使用寿命大大缩短。
采用合金铜材料来替代纯铜材料不失为是一种有益之举，因为合金铜材料如铬锆铜材料具有硬度高、导电性能好、晶粒细小均匀、耐高温(软化温度)。然而，由于目前的铬锆铜材料的硬度为HRB75、导电率(MS/m)43、延伸率(％)≥10％、软化温度(℃)550，因此硬度、导电率、软化温度最低值以及金相组织方面仍是欠缺的。
鉴于上述因素，目前我国对于铁路高速牵引电机端环仍处于依赖进口的阶段，因此十分有必要站在产业自主的高度进行探索，藉以使铬锆铜材料弥补所述不足。
发明内容
本发明的任务在于提供一种适应于铁路高速牵引电机应用的具有理想的硬度、导电率、软化温度、抗拉强度、屈服强度、金相组织细小均匀的电机端环材料。
本发明的任务还在于提供一种制作电机端环的方法，该方法能保障端环具有所需的机械物理性能。
本发明所供的电机端环材料的特征在于其是以阴极铜、铬粉、锆粉作为主原料，以镁作为除氧剂，主原料按重量百分比为阴极铜99-99.47％、铬粉0.4-0.8％、锆粉0.08-0.20％；除氧剂按重量百分比为镁0.05-0.10％。
本发明所述的阴极铜为标准阴极铜。
本发明所述的阴极铜为高纯阴极铜。
本发明所述的铬粉为过筛的并且纯度≥99.5％的铬粉。
本发明所述的锆粉为过筛的并且纯度≥98.5％的锆粉。
本发明所述的过筛为过40目筛。
本发明所述的过筛为过40目筛。
本发明提供的用上述电机端环材料制作电机端环的方法包括以下步骤A)原料配制，以阴极铜、铬粉、锆粉作为主原料，以镁作为除氧剂，其中主原料组份(按重量百分)阴极铜99-99.47％、铬粉0.4-0.8％、锆粉0.08-0.20％；除氧剂组份(按重量百分)镁0.05-0.1％；B)将按前述配制的原料混合后放入真空炉中熔炼，当炉温达1200-1300℃时出炉，浇注到铸模中，待冷却后脱模，得铸锭坯；C)先对铸锭坯作表面清理，然后装入电炉热锻成形，得到锻坯；D)对锻坯固溶处理，固溶时间为12-30S、固溶温度为960-1010℃、保温时间为0.5-2h；E)冷锻，并且控制冷锻压缩比，得冷锻坯；F)时效处理，将冷锻坯放入电炉，在460-480℃时保温100-140min，出炉、冷却，得电机端环初坯；G)对电机端环初坯进行金加工，待到电机端环成品。
在本发明的一个实施例中，步骤B)中所述的铸模为圆形铸模。
在本发明的另一个实施例中，步骤E)中所述的压缩比为30％～50％。
本发明所推荐的电机端环材料原料选择合理；方法步骤简单，所得到的电机端环的硬度达75-78HRB、导电率达44-46MS/m、软化温度最低值达600-620℃、抗拉强度达410-430Mpa、屈服强度达310-340Mpa、延伸率15-18％、金相组织细小均匀、晶粒平均直径≤200μm，从而能有效地避免端环在焊接时出现材料晶粒变粗、机械强度降低、断裂以及避免在电机长时间连续高速运转后的发热，满足了铁路高速电机对端环的各项机械物理性能要求。
附用说明
图1为本发明方法的工艺流程图。
图2为本发明方法的实施例所得到的电机端环的示意图具体实施方式
实施例1按图1所示工艺流程以制作由图2所示的规格为φ315mm×φ235mm×20mm的电机端环为例。
A)原料配制，按重量百分比准确称取符合标准GB467-1997国家标准要求的标准阴极铜99.2％、过40筛的纯度为99.5％以上的优选为中国辽宁省锦州市铁合金厂生产、销售的符合GB2211-87国家标准要求的铬粉0.6％和同样由锦州铁合金厂生产销售的过40目筛的纯度为98.5％以上的且满足YB69-65中国冶金标准要求的海绵锆0.15％以及由中国江苏省苏州市苏州天益金属材料有限公司生产的牌号为MG32A的镁0.05％；B)先将由步骤A)所配制的原料混合，并且充分混匀，然后放入真空炉中熔炼，当炉温达到1250℃时出炉，浇注到圆形的铸模中，待冷却后脱模，得到铸锭坯；C)先对由步骤B)所得到的铸锭坯进行表面清理，具体是锯除浇冒口，用车床或类似设备车削掉(车削去除)外层氧化皮，锯断即落料，然后装入电炉内热锻成形，得到φ304mm×φ215mm×35mm的锻坯；D)对由步骤C)所得到的锻坯作固溶处理，具体是采用盐溶池对锻坯盐溶处理，盐浴浓度应符合波美11±2℃，水温控制在40℃以下，固溶时间为15S，当固溶温度达到970℃时开始保温60min，然后将锻坯置于盐浴池中，使其充分冷却后付诸下一步骤，前述固溶温度及保温时间可增加铬、锆元素在铜中的固溶量，铬锆铜(Cr+Cu3Zr)颗粒均匀弥散析出，十分有利有改善合金的强度；E)冷锻，对由步骤D)处理后的锻坯进行冷锻，冷锻压缩比为31％，得到φ312mm×φ227mm×25mm的冷锻坯；F)时效处理，将由步骤E)所得到的冷锻坯放入电炉，当升温到470℃时保温120min，出炉、空冷，得电机端坯初坯；G)对由步骤F)所得到的电机端环初坯进行金加工，具体是按用户图纸要求即按制作规格所要求的尺寸φ315mm×φ235mm×20mm进行切削，得到由图2所示的电机端环成品。
实施例2按图1所示工艺流程以制作规格为φ173mm×φ128mm×15mm的电机端环为例。
A)原料配制，按重量百分比准确称取符合标准GB467-1997国家标准要求的标准阴极铜99.4％、过40筛的纯度为99.5％以上的优选为中国辽宁省锦州市铁合金厂生产、销售的符合GB2211-87国家标准要求的铬粉0.7％和同样由锦州铁合金厂生产销售的过40目筛的纯度为98.5％以上的且满足YB69-65中国冶金标准要求的海绵锆0.15％以及由中国江苏省苏州市苏州天益金属材料有限公司生产的牌号为MG32A的镁0.08％；B)先将由步骤A)所配制的原料混合，并且充分混匀，然后放入真空炉中熔炼，当炉温达到1260℃时出炉，浇注到圆形的铸模中，待冷却后脱模，得到铸锭坯；C)先对由步骤B)所得到的铸锭坯进行表面清理，具体是锯除浇冒口，用车床或类似设备车削掉(车削去除)外层氧化皮，锯断即落料，然后装入电炉内热锻成形，得到φ178mm×φ128mm×19mm的锻坯；D)对由步骤C)所得到的锻坯作固溶处理，具体是采用盐溶池对锻坯盐溶处理，盐浴浓度应符合波美11±2℃，水温控制在40℃以下，固溶时间为12S，当固溶温度达到980℃时开始保温70min，然后将锻坯置于盐浴池中，使其充分冷却后付诸下一步骤，前述固溶温度及保温时间可增加铬、锆元素在铜中的固溶量，铬锆铜(Cr+Cu3Zr)颗粒均匀弥散析出，十分有利有改善合金的强度；E)冷锻，对由步骤D)处理后的锻坯进行冷锻，冷锻压缩比为32％，得到φ173mm×φ128mm×15mm的冷锻坯；F)时效处理，将由步骤E)所得到的冷锻坯放入电炉，当升温到480℃时保温130min，出炉、空冷，得电机端坯初坯；G)对由步骤F)所得到的电机端环初坯进行金加工，具体是按用户图纸要求即按制作规格所要求的尺寸φ173mm×φ128mm×15mm进行切削，得到形状如图2所示的但尺寸变化为φ173mm×φ128mm×15mm的电机端环成品。
实施例3按图1所示工艺流程以制作规格为φ185mm×φ120mm×20mm的电机端环为例。
A)原料配制，按重量百分比准确称取符合标准GB467-1997国家标准要求的标准阴极铜99.4％、过40筛的纯度为99.5％以上的优选为中国辽宁省锦州市铁合金厂生产、销售的符合GB2211-87国家标准要求的铬粉0.7％和同样由锦州铁合金厂生产销售的过40目筛的纯度为98.5％以上的且满足YB69-65中国冶金标准要求的海绵锆0.12％以及由中国江苏省苏州市苏州天益金属材料有限公司生产的牌号为MG32A的镁0.08％；B)先将由步骤A)所配制的原料混合，并且充分混匀，然后放入真空炉中熔炼，当炉温达到1280℃时出炉，浇注到圆形的铸模中，待冷却后脱模，得到铸锭坯；C)先对由步骤B)所得到的铸锭坯进行表面清理，具体是锯除浇冒口，用车床或类似设备车削掉(车削去除)外层氧化皮，锯断即落料，然后装入电炉内热锻成形，得到φ190mm×φ114mm×26mm的锻坯；D)对由步骤C)所得到的锻坯作固溶处理，具体是采用盐溶池对锻坯盐溶处理，盐浴浓度应符合波美11±2℃，水温控制在40℃以下，固溶时间为14S，当固溶温度达到990℃时开始保温60min，然后将锻坯置于盐浴池中，使其充分冷却后付诸下一步骤，前述固溶温度及保温时间可增加铬、锆元素在铜中的固溶量，铬锆铜(Cr+Cu3Zr)颗粒均匀弥散析出，十分有利有改善合金的强度；E)冷锻，对由步骤D)处理后的锻坯进行冷锻，冷锻压缩比为34％，得到φ185mm×φ120mm×20mm的冷锻坯；F)时效处理，将由步骤E)所得到的冷锻坯放入电炉，当升温到470℃时保温120min，出炉、空冷，得电机端坯初坯；G)对由步骤F)所得到的电机端环初坯进行金加工，具体是按用户图纸要求即按制作规格所要求的尺寸φ185mm×φ120mm×20mm进行切削，得到形状类似于由图2所示的仅尺寸变化了的电机端环成品。
实施例4按图1所示工艺流程以制作规格为φ220mm×φ140mm×20mm的电机端环为例。
A)原料配制，按重量百分比准确称取符合标准GB467-1997国家标准要求的标准阴极铜99.3％、过40筛的纯度为99.5％以上的优选为中国辽宁省锦州市铁合金厂生产、销售的符合GB2211-87国家标准要求的铬粉0.6％和同样由锦州铁合金厂生产销售的过40目筛的纯度为98.5％以上的且满足YB69-65中国冶金标准要求的海绵锆0.15％以及由中国江苏省苏州市苏州天益金属材料有限公司生产的牌号为MG32A的镁0.06％；B)先将由步骤A)所配制的原料混合，并且充分混匀，然后放入真空炉中熔炼，当炉温达到1270℃时出炉，浇注到圆形的铸模中，待冷却后脱模，得到铸锭坯；C)先对由步骤B)所得到的铸锭坯进行表面清理，具体是锯除浇冒口，用车床或类似设备车削掉(车削去除)外层氧化皮，锯断即落料，然后装入电炉内热锻成形，得到φ228mm×φ135mm×26mm的锻坯；D)对由步骤C)所得到的锻坯作固溶处理，具体是采用盐溶池对锻坯盐溶处理，盐浴浓度应符合波美11±2℃，水温控制在40℃以下，固溶时间为15S，当固溶温度达到980℃时开始保温70min，然后将锻坯置于盐浴池中，使其充分冷却后付诸下一步骤，前述固溶温度及保温时间可增加铬、锆元素在铜中的固溶量，铬锆铜(Cr+Cu3Zr)颗粒均匀弥散析出，十分有利有改善合金的强度；E)冷锻，对由步骤D)处理后的锻坯进行冷锻，冷锻压缩比为34％，得到φ220mm×φ140mm×20mm的冷锻坯；F)时效处理，将由步骤E)所得到的冷锻坯放入电炉，当升温到480℃时保温130min，出炉、空冷，得电机端坯初坯；G)对由步骤F)所得到的电机端环初坯进行金加工，具体是按用户图纸要求即按制作规格所要求的尺寸φ220mm×φ140mm×20mm进行切削，得到形状类似于由图2所示的仅尺寸变化了的电机端环成品。
由上述实施例所得到的电机端环经中国上海电器科学研究所测试，具有下表所示的机械物理性能。
权利要求
1.一种电机端环材料，其特征在于其是以阴极铜、铬粉、锆粉作为主原料，以镁作为除氧剂，主原料按重量百分比为阴极铜99-99.47％、铬粉0.4-0.8％、锆粉0.08-0.20％；除氧剂按重量百分比为镁0.05-0.10％。
2.根据权利要求1所述的电机端环材料，其特征在于所述的阴极铜为标准阴极铜。
3.根据权利要求1所述的电机端环材料，其特征在于所述的阴极铜为高纯阴极铜。
4.根据权利要求1所述的电机端环材料，其特征在于所述的铬粉为过筛的并且纯度≥99.5％的铬粉。
5.根据权利要求1所述的电机端环材料，其特征在于所述的锆粉为过筛的并且纯度≥98.5％的锆粉。
6.根据权利要求4所述的电机端环材料，其特征在于所述的过筛为过40目筛。
7.根据权利要求5所述的电机端环材料，其特征在于所述的过筛为过40目筛。
8.一种由如权利要求1所述的电机端环材料制作电机端环的方法，其特征在于包括以下步骤A)原料配制，以阴极铜、铬粉、锆粉作为主原料，以镁作为除氧剂，其中主原料组份(按重量百分)阴极铜99-99.47％、铬粉0.4-0.8％、锆粉0.08-0.20％；除氧剂组份(按重量百分)镁0.05-0.1％；B)将按前述配制的原料混合后放入真空炉中熔炼，当炉温达1200-1300℃时出炉，浇注到铸模中，待冷却后脱模，得铸锭坯；C)先对铸锭坯作表面清理，然后装入电炉热锻成形，得到锻坯；D)对锻坯固溶处理，固溶时间为12-30S、固溶温度为960-1010℃、保温时间为0.5-2h；E)冷锻，并且控制冷锻压缩比，得冷锻坯；F)时效处理，将冷锻坯放入电炉，在460-480℃时保温100-140min，出炉、冷却，得电机端环初坯；G)对电机端环初坯进行金加工，待到电机端环成品。
9.根据权利要求8所述的电机端环材料制作电机端环的方法，其特征在于步骤B)中所述的铸模为圆形铸模。
10.根据权利要求8所述的电机端环材料制作电机端环的方法，其特征在于步骤E)中所述的压缩比为30％～50％。
全文摘要
一种电机端环材料及其用该材料制作电机端环的方法，属于电机的新材料技术领域。其是以阴极铜、铬粉、锆粉作为主原料，以镁作为除氧剂，主原料按重量百分比为阴极铜99－99.47％、铬粉0.4－0.8％、锆粉0.08－0.20％；除氧剂按重量百分比为镁0.05－0.10％。优点原料选择合理；方法步骤简单，所得到的电机端环的硬度达75－78HRB、导电率达44－46MS/m、软化温度最低值达600－620℃、抗拉强度达410－430Mpa、屈服强度达310－340Mpa、延伸率15－18％、金相组织细小均匀、晶粒平均直径≤200μm，从而能有效地避免端环在焊接时出现材料晶粒变粗、机械强度降低、断裂以及避免在电机长时间连续高速运转后的发热，满足了铁路高速电机对端环的各项机械物理性能要求。
文档编号H01B1/02GK101022227SQ20071002029
公开日2007年8月22日 申请日期2007年3月16日 优先权日2007年3月16日
发明者谭建元 申请人:中外合资常熟明辉焊接器材有限公司