[发明专利]接触线用Cu-Cr-Zr合金制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜基合金加工技术，尤其涉及一种接触线用Cu-Cr-Zr合金制备工艺。

背景技术

电气化铁路用接触线的作用是通过与电力机车受电弓滑板滑动摩擦直接接触向电力机车输送电流，所需导体合金要工作在电流传导、悬挂张力、运行冲击、温度变化、环境因素影响和滑板磨耗等恶劣条件下，因此要求接触线材料应具有较高的抗拉强度和电导率，并兼有较高的抗高温软化能力。随着铁路电气化的高速发展，铁路运输一再提速，对于电气化铁路用接触线性能要求越来越高。然而，导体合金的强度与导电性一般呈反函数关系，即若采用特定技术提高强度则往往以牺牲电导率为代价，或者为改善电导率则往往损失强度。因此，非常需要采用特定技术能够同时获得良好的强度和导电性能匹配水平，以满足高速铁路接触线用合金的使用性能。尤其对于时速350km以上的高速电气化列车，其抗拉强度应达到550MPa以上，相对电导率应高于75％IACS，在400℃软化退火2h后的强度仍需保持在90％以上。

目前高速电气化列车接触线采用的导体合金主要有Cu-Mg、Cu-Sn、Cu-Ag、Cu-Cd、Cu-Sn-Ag、Cu-Ag-Zr、Cu-Cr-Zr及双金属复合材料等。在这些合金中，Cu-Cr-Zr展示了更为突出的强度和电导率匹配关系。然而，在材料制备过程中，由于Cr、Zr合金元素熔点显著高于Cu，且熔化状态下极易氧化、挥发并与许多接触物质发生反应，加之熔体易吸气、偏析及杂质不易排除等因素，导致材料制备困难及实际性能难以达到理想匹配状态。另外，Cu-Cr-Zr为沉淀强化型合金，在制备过程中必须采用固溶处理工艺，增加了专用热处理设备及组织过烧等风险因素，进一步增大了材料制备难度及成本。

目前在关于接触线合金方面，专利CN02128927.1，CN200510082133.9，CN200610039986.9及CN200610048186.3分别公开了无氧铜，Cu-(0.12～0.3)％Ag-(0.01～0.05)％O，Cu-(0.15～0.35)％Sn-(0.005～0.01)％Zr-(0.005～0.02)％RE及Cu-(0.05～0.35)％Mg-(0.35～0.05)％Sn接触线合金的加工技术。这些合金主要通过熔炼和冷变形加工，工艺过程比较简单，所需加工设备较少，成本较低，但主要依赖固溶和加工优化方式强化，产品性能特别是抗拉强度不高。

CN200410060463.3及CN200510124589.7公开了Cu-(0.02～0.4)％Zr及Cu-(0.2～0.72)％Cr两种合金的制备技术。两种合金中均另添加(0.04～0.16)％和(0.07～0.15)％的Ag，通过熔炼、铸造、热变形、固溶、冷变形、时效及再次冷变形等工序制备成品。这种制备技术必须利用固溶过程为时效强化提供条件，并且需要控制后续冷变形加工程度与之配合，工艺及所需设备比较复杂。CN200410025886.1，CN200510017889.5，CN200510043073.X及CN200510096378.7在上述合金系统中又增加了一定量的稀土元素，进一步改善了显微组织和材料性能，但仍然需要高温固溶过程并匹配合适的冷变形。另外，这些合金中均含有昂贵的Ag元素，且需额外添加稀土元素，提高了材料成本和成分的复杂性。CN200610019238.4在Cu-(0.4～1.1)％Cr合金中添加了(0.02～0.08)％Nd稀土元素，在加工过程中无需专门的固溶处理，但Cr含量较高，且熔炼时需以纯Cr方式加入，成分均匀性难以保证。