[发明专利]一种铜铬钛合金接触线及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种接触线及其制备方法，特别涉及一种铜铬钛合金接触线及其制备方法。

背景技术

随着高速铁路朝着高效快捷、环保节能方向的快速发展，要求高速铁路用的接触线具有较高抗拉强度、优良的导电性能和较高的抗软化温度等综合性能。铜合金是应用最广泛的高速铁路接触线材，国外高速电气化铁路几乎全部采用铜合金接触导线。但长期以来，在铜合金接触线的研究和制备中存在着高强度和高导电性之间的矛盾，强度的提高必须以合金元素的添加为前提，任何溶质原子的存在都会导致晶格畸变，从而造成合金导电性能的降低。选择在铜中固溶较低的元素，特别是固溶度随温度降低而剧烈降低的元素，并借助加工硬化、细晶强化和沉淀强化等手段，在稍微降低合金电导率和牺牲一定塑性的前提下，提高合金的强度是目前研究高强高导铜合金接触线的重要方法。

按导电性能与力学性能，铜合金接触导线可分为以下几类：

(1)高导电中强度铜合金：导电率70％～98％IACS，抗拉强度350～600 MPa。如银铜、镁铜、锡铜、铬锆铜等。

(2)中导电高强度铜合金：导电率30％～70％IACS，抗拉强度600～900 MPa，如银铬铜合金。

(3)低导电高强度铜合金：导电率10％～30％IACS，抗拉强度大于900 MPa，如铍铜、钛铜等。

纯铜接触线具有良好的导电性，机械强度较低，经过冷加工强度可达350MPa，其表面和内部硬化程度不均匀，内、外磨损不一致，加工率为10%时，软化温度约为250℃，冷加工率达到93%时，软化温度则降至100℃左右。纯铜接触线的整体软化会使接触线整体机械强度下降，在与受电弓滑板接触的磨损面处的局部软化会导致磨损的加剧，只适合在速度低于200km/h的低速铁路上使用。

铜银合金接触线是为改善纯铜接触线耐高温软化特性而开发的一种接触线，导电性良好96.5%IACS左右，机械强度350MPa左右，软化温度达300℃，软化后强度降低4～6%，延伸率提高0.7～1.2%。随着速度的提高，接触线的张力增加，铜银合金的抗拉强度无法满足接触线大张力的要求，只适用于速度为250km/h以下的线路。

铜镁合金接触线的强度和抗软化温度比铜银接触线显著提高，但是导电性较低，电导率62～77%IACS，机械强度420～490MPa，软化温度约为365℃，再结晶温度范围在350℃~400℃，软化后强度降低11.4%，延伸率提高5.4%。铜锡CuSn_0.04-0.6接触线具有良好导电性60～93.2%IACS，机械强度367～460MPa，工作温度150℃，软化后强度降低8.15%，延伸率提高2～6%。

因此，以固溶和加工硬化为主要强化方法的银铜、镁铜等铜合金接触线应用广泛，可以通过减少合金元素含量提高导电性，可以通过提高加工率可以获得较高的强度，但是很难获得优良的抗软化性能。在目前的铜合金接触线中，Cu-Cr-Zr合金可综合加工硬化和时效强化获得较高的强度，可通过时效沉淀减少过饱和溶质原子浓度以提高电导率，并能通过抑制合金的再结晶过程提高抗软化性能，成为较理想的接触线材料。日本开发研制的OMCL-1型Cu-Cr-Zr系合金，抗拉强度达到592-608MPa，电导率达到82.7%IACS，延伸率介于4.1-7.0%，再结晶温度高于500℃。但是，由于Zr元素性质活泼，容易烧损，很难实现Cu-Cr-Zr合金的大气熔炼，从而限制了该材料的大规模应用。

随着高速铁路的不断进步和成熟，我国已经逐渐从一个高速铁路技术进口国转变为出口国，对于高强高导接触线材料有大量的需求，高速铁路的发展进入了关键时期。因此，研发具有独立知识产权的高速铁路用接触线十分紧迫。

发明内容

针对现有技术中所存在的问题，本发明的首要目的在于提供一种铜铬钛合金接触线，次要目的在于提供一种铜铬钛合金接触线的制备方法。通过在电解铜中加入铬、钛、镁和硅等元素，经过大气熔炼、上引连续铸造、连续挤压、轧制拉拔和固溶淬火时效等工序制备合金接触线，具有高抗拉强度，高导电率、良好的高温抗软化性能和良好的电磨损性能，化学成分简单，无昂贵合金元素，成本低且易于工业化生产。

为实现上述目的，本发明一种铜铬钛合金接触线，铜铬钛合金接触线按重量百分比为：0.15～0.35%的铬、0.10～0.23%的钛、0～0.05%的镁和0～0.02%的硅，杂质总量不大于0.1%，余量为铜。