專利名稱：一種抗高溫軟化的含硼黃銅合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種黃銅合金，尤其涉及ー種具有較高的高低溫力學(xué)性能、具有優(yōu)異的高溫抗軟化、抗氧化性能，具有優(yōu)異的焊接性能和優(yōu)良的易控電性能的含硼黃銅合金及其制造方法，它特別適用于高速列車大功率重載貨運(yùn)列車、城際輕軌等交通運(yùn)輸領(lǐng)域的牽引電機(jī)導(dǎo)條生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
近年來，世界各國都在加大力度研究列車的高速化，我國在這ー領(lǐng)域起步較晚，但近幾年通過引進(jìn)、消化、吸收國外的相關(guān)技術(shù)，已經(jīng)開始在全國范圍內(nèi)建設(shè)、投入使用高速鉄路交通，使我國的鐵路進(jìn)入高速化時代。而制約高速鉄路、城市軌道交通等高速化發(fā)展的重要關(guān)鍵部件之一就是牽引電機(jī)。
現(xiàn)在世界上絕大多數(shù)電カ機(jī)車是交-直-交流電カ機(jī)車。交-直-交流電カ機(jī)車采用交流無整流子牽引電動機(jī)，即三相異步電動機(jī)。而三相異步電動機(jī)在電カ機(jī)車上應(yīng)用最大的限制就是調(diào)速困難。根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的構(gòu)造不同，三相異步電動機(jī)分為鼠籠式電動機(jī)和繞線式電動機(jī)。目前研究開發(fā)的多數(shù)為鼠籠式電動機(jī)。鼠籠式電動機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成。鼠籠式電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是在外面有槽的硅鋼片疊成的鐵芯，槽內(nèi)嵌放導(dǎo)電的銅合金導(dǎo)條，端部用端環(huán)焊接形成一體。由于牽引電機(jī)的運(yùn)行，轉(zhuǎn)子處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，隨著電動機(jī)功率的提高和轉(zhuǎn)速的加快，轉(zhuǎn)子的發(fā)熱會越嚴(yán)重，所以作為轉(zhuǎn)子的部件之一的導(dǎo)條要承受瞬間的高溫(溫度可達(dá)幾百度)，這就要求制備導(dǎo)條的金屬材料具有優(yōu)異的高溫抗軟化及抗氧化性能，穩(wěn)定的高溫抗拉強(qiáng)度和適中的易控電性能。同時還要保證在一定的電阻率條件下，通過導(dǎo)條金屬的電阻來有效控制和調(diào)節(jié)牽引電機(jī)的牽引速度，從而達(dá)到全程準(zhǔn)確控制電カ機(jī)車速度的目的。目前，高速電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條對材料的性能要求為電阻率0. 037-0. 042 Q . mm2/m,常溫抗拉強(qiáng)度大于400MPa，延伸率大于12%，高溫(350°C)抗拉強(qiáng)度大于280MPa，延伸率大于10%，同時具有較好的焊接性能?，F(xiàn)在用于生產(chǎn)高速電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的材料主要有鉻鋯銅、H90Cr等。但鉻鋯銅生產(chǎn)成本高，在導(dǎo)條金屬中應(yīng)用受限；而1190(>雖然也用于導(dǎo)條生產(chǎn)，但H90Cr的高、低溫條件下的強(qiáng)度均存不足，難以滿足高速列車牽引電機(jī)的要求，且焊接性能不佳，焊接容易開裂。目前，導(dǎo)條用銅合金的研究主要集中于鉻鋯銅，如專利號為ZL99101984. 9的中國專利公開的“高速列車用大功率異步牽引電動機(jī)銅合金導(dǎo)條和護(hù)環(huán)”、申請?zhí)枮镃N200710020296. 3的中國專利申請公開的“電機(jī)導(dǎo)條材料及其用該材料制作電機(jī)導(dǎo)條的方法”、專利號為ZL201010181509. 2的中國專利公開的“ー種大功率調(diào)頻調(diào)速異步牽引電機(jī)用銅合金導(dǎo)條和端環(huán)及其制備方法”、申請?zhí)枮镃N201110380628. 5的中國專利申請公開的“ー種高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金材料”等。鉻鋯銅除了成本較高外，還因?yàn)槠浣M織特點(diǎn)，在電機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)短暫高溫或焊接高溫條件下，較易出現(xiàn)中溫回火脆性現(xiàn)象，并將因這一原因而使材料的機(jī)械強(qiáng)度降低，影響電機(jī)的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)狀況而提供一種成本較低且各項性能均衡、適用于高速牽引電機(jī)導(dǎo)條的黃銅合金及該黃銅合金的制造方法。本發(fā)明是通過提供具有如下各種合金元素組成的含硼黃銅合金而實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明抗高溫軟化含硼黃銅合金的組成為銅90 91wt%，硼0.0150 0. 0495wt%，其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)；并且(銅+鋅+硼)wt%彡99. 700wt%。銅和鋅的含量基本與H90 —致，保持了 H90黃銅的基本特性和成本，但加入硼進(jìn)行合金化處理起到了合金細(xì)化晶粒和強(qiáng)化作用，明顯提高了材料的高低溫強(qiáng)度、高溫抗氧化和抗軟化性能，同時，還提高了焊接性能及易控電性能。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硼含量小于0. 0150%吋，提高抗高溫軟化性能不明顯，當(dāng)硼含量大于0. 0495%吋，則高溫導(dǎo)電性能滿足不了牽引電機(jī)的需求。故硼的含量選擇為0. 0150 0. 0495wt%o優(yōu)選地，所述的合金組成中銅的含量為90. 10 90. 80wt%，硼的含量為0. 020 0. 040%o本發(fā)明制備含硼黃銅合金的方法是采用合金化處理和覆蓋劑保護(hù)去渣變質(zhì)凈化的精煉方法，熔煉含硼黃銅合金，在1200 1300°C溫度下連續(xù)鑄造成含硼黃銅合金鑄坯，經(jīng)10 60%加工率的冷加工(小于10%的冷加工率，高底溫強(qiáng)度滿足不了應(yīng)用要求；大于60%的冷加工率，則材料容易開裂)，在400 6500C溫度下進(jìn)行多級中間熱處理(低于400°C的中間熱處理，増加了冷加工的難度，并且容易開裂；而高于650°C的中間熱處理則會使晶粒粗大)，加工最終成品在250 450°C溫度下進(jìn)行成品退火。本發(fā)明合金在簡單黃銅H90的基礎(chǔ)上，通過添加微量的硼，以均勻細(xì)化晶粒，而且因?yàn)榕鸬募尤?，顯著提高了合金的高、低溫強(qiáng)度，克服了 H90黃銅高溫易軟化和易氧化的缺點(diǎn)，而且焊接性能優(yōu)良，解決了導(dǎo)條在組裝焊接時的容易開裂問題，同時電性能易控，是ー款適用于牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的具有較高的高低溫力學(xué)性能、具有優(yōu)異的高溫抗軟化、抗氧化性能，具有優(yōu)異的焊接性能和優(yōu)良的易控電性能的新型黃銅合金材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于I、具有較高的高低溫力學(xué)性能、具有優(yōu)異的高溫抗軟化、抗氧化性能，具有優(yōu)異的焊接性能和優(yōu)良的易控電性能，可以承受牽引電機(jī)瞬間高溫對材料的影響；2、エ藝性能良好，易冷熱加工成型、焊接等エ藝生產(chǎn)并且不開裂；3、性價比優(yōu)越，本發(fā)明產(chǎn)品的成本比鉻鋯銅低約30%，且不會出現(xiàn)鉻鋯銅的中溫回火脆性現(xiàn)象。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。實(shí)施例本發(fā)明實(shí)施例中含硼黃銅合金的生產(chǎn)エ藝流程如下原材料準(zhǔn)備及配料——微合金化處理精煉——水平連續(xù)鑄造坯料——拉伸——中間熱處理——酸洗——拉伸——中間熱處理——拉伸——成品退火——檢驗(yàn)成品包裝入庫。
具體可表述如下采用合金化處理和覆蓋保護(hù)去渣變質(zhì)精煉的方法熔鑄含硼黃銅合金，并在1200 1300°C溫度下連續(xù)鑄造成含硼黃銅合金坯桿，經(jīng)10 60%冷加工，在400 650°C溫度下中間熱處理，加工最終成品在250 450°C溫度下進(jìn)行成品退火。實(shí)施例中，本發(fā)明的含硼黃銅合金按表I中的合金成份組成連鑄坯，在相同的設(shè)備條件下，拉伸、熱處理成7. 29X23的導(dǎo)條，其具體成份含量見表I所示表I本發(fā)明含硼黃銅合金的成份組成實(shí)例(重量％)
權(quán)利要求
1.一種抗高溫軟化含硼黃銅合金，其特征在于所述合金的組成為銅90 91wt%，硼O. 0150 O. 0495wt%，其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)；并且(銅+鋅+硼)wt% > 99. 700wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的含硼黃銅合金，其特征在于所述的合金組成中銅的含量為90. 10 90. 80wt%o
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的含硼黃銅合金，其特征在于所述的合金組成中硼的含量為 O.020 O. 040wt%o
4.一種制備如權(quán)利要求I至3中任一權(quán)利要求所述的含硼黃銅合金的方法，其特征在于采用合金化處理和覆蓋保護(hù)去渣變質(zhì)精煉的方法熔鑄含硼黃銅合金，并在1200 1300°C溫度下連續(xù)鑄造成含硼黃銅合金坯桿，經(jīng)10 60%冷加工，在400 650°C溫度下中間熱處理，加工最終成品在250 450°C溫度下進(jìn)行成品退火。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抗高溫氧化和高溫軟化的含硼黃銅合金及其制備方法。該合金的化學(xué)成份為銅90～91wt%，硼0.015～0.5wt%，其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)。其制造是采用合金化處理和覆蓋保護(hù)變質(zhì)清渣凈化精煉方法，熔煉含硼黃銅合金，在1200～1300℃溫度下連續(xù)鑄造成鑄坯，經(jīng)10～60%加工率的冷加工，在400～650℃溫度下進(jìn)行中間熱處理，加工最終成品在250～350℃溫度下進(jìn)行成品退火。本發(fā)明合金具有較高的高低溫力學(xué)性能，具有優(yōu)異的高溫抗軟化、抗氧化性能，具有優(yōu)異的焊接性能和優(yōu)良的易控電性能，而且其工藝性能優(yōu)異、成本較低，是一種應(yīng)用于高速鐵路及軌道交通牽引電機(jī)導(dǎo)條的新型黃銅合金材料。
文檔編號C22C9/04GK102758099SQ20121017895
公開日2012年10月31日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者劉慶, 張明, 徐友飛, 蔡洎華, 裴勇軍, 趙紅彬 申請人:寧波博威合金材料股份有限公司