本發(fā)明涉及電機(jī)轉(zhuǎn)子材料制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種異步牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子用高強(qiáng)、中導(dǎo)新型銅合金Cu-Zn-Cr-RE導(dǎo)條的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著軌道交通和高鐵的發(fā)展，對(duì)其牽引動(dòng)力—異步牽引電動(dòng)機(jī)的要求越來(lái)越高，電機(jī)轉(zhuǎn)子是異步牽引電機(jī)的核心部件。目前電機(jī)轉(zhuǎn)子有三種制造技術(shù)，鑄鋁轉(zhuǎn)子耗能高、效率低，鑄銅技術(shù)還處于研發(fā)階段，一般高速異步牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子采用導(dǎo)條嵌在鐵芯上，并與端環(huán)焊接在一起。因此，導(dǎo)條的性能和質(zhì)量直接關(guān)系到異步牽引電機(jī)的性能。

電機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于作用在轉(zhuǎn)子上的各種應(yīng)力以及運(yùn)行時(shí)電機(jī)的溫升情況，會(huì)造成轉(zhuǎn)子導(dǎo)條由于溫升而造成的軟化現(xiàn)象，并影響電機(jī)的服役能力，這種情況對(duì)于經(jīng)常服役在較高溫度下的高強(qiáng)度要求、中導(dǎo)電性要求的導(dǎo)條影響更為明顯。因此要求導(dǎo)條具備高強(qiáng)度、中導(dǎo)電性時(shí)，同時(shí)需要具備高的室溫強(qiáng)度和較高的高溫強(qiáng)度。而目前這種高強(qiáng)度、中導(dǎo)電性導(dǎo)條通常采用Cu-Zn合金，Cu-Zn合金具備高的室溫強(qiáng)度和中等的電導(dǎo)率，但當(dāng)溫度升高至200℃以上持續(xù)使用時(shí)強(qiáng)度會(huì)明顯降低。針對(duì)目前使用的Cu-Zn合金存在的缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)新型合金Cu-Zn-Cr-RE。

Cu-Zn合金為典型的固溶強(qiáng)化合金，Zn能大量固溶于Cu中，形成α固溶體，450℃時(shí)溶解度可達(dá)39％。實(shí)驗(yàn)合金中Zn含量只有10％，因此Zn在合金中的存在形式完全為α固溶體，整個(gè)加工、熱處理過(guò)程對(duì)其幾乎沒(méi)有影響。Zn的固溶體在本文中的強(qiáng)化作用并不明顯，添加Zn主要是用于調(diào)控合金電導(dǎo)率。CuZn10合金為單相固溶體合金，且電阻可調(diào)，不足之處就是高溫強(qiáng)度較差。但Cu-Zn合金具有與Cu相同的面心立方晶格，預(yù)計(jì)在Cu-Zn合金中加Cr應(yīng)具有與Cu-Cr合金類似的效果。RE能夠細(xì)化晶粒，提高合金的電導(dǎo)率和軟化溫度，改善和提高合金的綜合性能。本發(fā)明設(shè)計(jì)Cu-Zn-Cr-RE的思路就是基于這樣的原理，以達(dá)到高溫強(qiáng)度高和電阻率適宜的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)、中導(dǎo)新型銅合金Cu-Zn-Cr-RE導(dǎo)條及制備方法的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種高強(qiáng)、中導(dǎo)新型銅合金Cu-Zn-Cr-RE導(dǎo)條，其特征在于，化學(xué)組成及其重量百分比為：0.25-0.35％Cr、6-10％Zn、0.05-0.15％RE、0-0.05％Fe、0-0.03％Pb，其余為銅。

一種高強(qiáng)、中導(dǎo)新型銅合金Cu-Zn-Cr-RE導(dǎo)條及制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)配料：按照所述的成分及配比要求對(duì)各合金元素進(jìn)行配比，選擇并稱取相應(yīng)的原料；Cu采用銅板方式加入，Zn采用鋅錠方式加入，Cr采用Cu-Cr中間合金方式加入，RE采用La-Ce中間合金方式加入；其中，所述的銅板為電解銅板，純度大于99％。其中，所述的鋅錠為市售二號(hào)鋅，純度大于99.95％。

(2)熔煉：采用非真空中頻感應(yīng)電爐熔煉，待銅板與Cu-Cr中間合金熔煉完后，加入鋅錠，再加入La-Ce中間合金，熔煉完成之后，澆筑成鑄錠，冷卻至室溫。

(3)制備導(dǎo)條型材：將所述鑄錠進(jìn)行預(yù)加熱、熱擠壓、冷拉拔和時(shí)效熱處理，得到所述導(dǎo)條。

進(jìn)一步的，Cu-Cr中間合金的制備：將質(zhì)量百分比為89-91％的銅在非真空中頻感應(yīng)電爐中熔解完全，熔解溫度為1250-1300℃，再加入質(zhì)量百分比為9-11％，粒徑為60-80目的鉻粒，加入脫氧劑進(jìn)行脫氧，加蓋厚度為20-40mm特制覆蓋劑，迅速升溫至1350-1400℃，保溫15-20min，再依次進(jìn)行鑄錠和熱擠壓，得到Cu-Cr中間合金板材或棒材。

進(jìn)一步的，銅基La-Ce(RE)中間合金的制備：將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-7％的La-Ce(RE)混合稀土在電子天平上稱重，得到重量G1，然后將La-Ce混合稀土在打磨機(jī)中打磨10-15min去掉表面氧化層，稱重，得到重量G2，使得(G1-G2)÷G1＝0.05-0.07，得到去氧化La-Ce(RE)混合稀土，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93-95％的銅在非真空中頻感應(yīng)電爐內(nèi)完全熔融，熔融溫度為1250-1300℃，再將所述去氧化La-Ce(RE)混合稀土加入，加蓋厚度為20-40mm特制覆蓋劑，再依次進(jìn)行鑄錠、熱擠壓，得到銅基La-Ce(RE)中間合金板材或棒材。

進(jìn)一步的，在加入La-Ce中間合金后使用環(huán)頭攪拌桿攪拌1-3min至金屬熔液混合均勻，加蓋厚度為30-60mm的特制覆蓋劑，靜置保溫20-40min，在水冷金屬型中澆鑄成鑄錠。

進(jìn)一步的，所述的環(huán)頭攪拌桿材料優(yōu)選的使用氧化鋯陶瓷，耐熱溫度大于2200℃。

進(jìn)一步的，所述的特制覆蓋劑是由以下重量組分物質(zhì)組成：20-22份碳纖維粉、10-16份云母粉、40-50份膨化蛭石粉、18-22份蘇打石粉，上述重量組分粒徑為100-150目。

進(jìn)一步的，步驟(3)所述的預(yù)加熱溫度為750℃-800℃。

進(jìn)一步的，步驟(3)所述的熱擠壓工藝參數(shù)為：擠壓筒及擠壓模具預(yù)熱溫度350℃-400℃，開(kāi)始擠壓溫度≥700℃，擠壓比為50-80，擠壓速度≤12mm/s。

進(jìn)一步的，步驟(3)所述的冷拉拔變形量為25％-30％。

進(jìn)一步的，步驟(3)所述的時(shí)效處理工藝參數(shù)為：時(shí)效溫度為400℃-500℃，時(shí)效時(shí)間為3-5h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果為：(1)由本發(fā)明設(shè)計(jì)的Cu-Zn-Cr-RE合金材料制造的導(dǎo)條，彌散析出的Cr顆粒以及稀土元素RE的綜合作用，顯著細(xì)化了Cu-Zn合金導(dǎo)條的晶粒尺寸，從而提高了材料的力學(xué)性能。(2)由于彌散析出的Cr顆粒以及稀土元素RE對(duì)晶界的綜合作用，提高了Cu-Zn合金的高溫力學(xué)性能，使得Cu-Zn合金在350℃仍然具有較高的抗拉強(qiáng)度。(3)本發(fā)明利用Cu-Zn合金固溶體基體電導(dǎo)性能隨Zn含量的變化連續(xù)穩(wěn)定可調(diào)的特性，通過(guò)控制Zn含量來(lái)調(diào)節(jié)電阻率，從而得到理想的電阻率范圍。同時(shí)Cr及RE對(duì)電阻率的影響極小，進(jìn)而發(fā)明了Cu-Zn-Cr-RE合金導(dǎo)條，滿足了軌道交通異步電機(jī)電阻率可調(diào)且穩(wěn)定的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是Cu-10Zn-0.25Cr合金導(dǎo)條產(chǎn)品的金相組織照片；

圖2是Cu-10Zn-0.25Cr-0.08RE合金導(dǎo)條產(chǎn)品的金相組織照片；

圖3是Cu-6Zn-0.3Cr-0.06RE合金導(dǎo)條產(chǎn)品的金相組織照片；

圖4是Cu-8Zn-0.3Cr-0.1RE合金導(dǎo)條產(chǎn)品的金相組織照片。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

一種高強(qiáng)、中導(dǎo)新型銅合金Cu-10Zn-0.25Cr-0.08RE導(dǎo)條及制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)配料：按照所述的成分及配比要求對(duì)各合金元素進(jìn)行配比，選擇并稱取相應(yīng)的原料；Cu采用銅板方式加入，Zn采用鋅錠方式加入，Cr采用Cu-Cr中間合金方式加入，RE采用La-Ce中間合金方式加入；其中，所述的銅板為電解銅板，純度大于99％。其中，所述的鋅錠為市售二號(hào)鋅，純度大于99.95％。

(2)熔煉：采用非真空中頻感應(yīng)電爐熔煉，待銅板與Cu-Cr中間合金熔煉完后，加入鋅錠，再加入La-Ce中間合金，熔煉完成之后，澆筑成鑄錠，冷卻至室溫。其中，Cu-Cr中間合金是將質(zhì)量百分比為91％的銅在非真空中頻感應(yīng)電爐中熔解完全，熔解溫度為1250℃，再加入質(zhì)量百分比為9％，粒徑為60目的鉻粒，加入脫氧劑進(jìn)行脫氧，加蓋厚度為20mm特制覆蓋劑，迅速升溫至1350℃，保溫15min，再依次進(jìn)行鑄錠和熱擠壓，得到Cu-Cr中間合金板材或棒材。其中，La-Ce中間合金是將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的La-Ce(RE)混合稀土在電子天平上稱重，得到重量G1，然后將La-Ce混合稀土在打磨機(jī)中打磨10-15min去掉表面氧化層，稱重，得到重量G2，使得(G1-G2)÷G1＝0.05，得到去氧化La-Ce(RE)混合稀土，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95％的電解銅板在非真空中頻感應(yīng)電爐內(nèi)完全熔融，熔融溫度為1250℃，再將所述去氧化La-Ce(RE)混合稀土加入，加蓋厚度為20mm特制覆蓋劑，再依次進(jìn)行鑄錠、熱擠壓，得到銅基La-Ce(RE)中間合金板材或棒材；其中，在加入La-Ce中間合金后使用環(huán)頭攪拌桿攪拌1min至金屬熔液混合均勻，加蓋厚度為30mm的特制覆蓋劑，靜置保溫20min，在水冷金屬型中澆鑄成鑄錠。其中，所述的特制覆蓋劑是由以下重量組分物質(zhì)組成：20份碳纖維粉、10份云母粉、40份膨化蛭石粉、18份蘇打石粉，上述重量組分粒徑為100目。其中，所述的環(huán)頭攪拌桿材料優(yōu)選的使用氧化鋯陶瓷，耐熱溫度大于2200℃。

(3)制備導(dǎo)條型材：將所述鑄錠進(jìn)行預(yù)加熱、熱擠壓、冷拉拔和時(shí)效熱處理，得到所述導(dǎo)條。其中，將所述的鑄錠經(jīng)車削去氧化層，車削后鑄錠直徑為將所述車削后鑄錠進(jìn)行熱擠壓，鑄錠溫度為750℃，再經(jīng)水冷卻、冷拉拔、時(shí)效處理，其中，所述的熱擠壓工藝參數(shù)為：擠壓筒預(yù)熱溫度為380℃，擠壓模具預(yù)熱溫度400℃，開(kāi)始擠壓溫度為720℃，擠壓比為75，擠壓速度為10mm/s；所述的冷拉拔的變形量為27％，所述的時(shí)效處理工藝參數(shù)為：時(shí)效溫度為430℃，時(shí)效時(shí)間為4h，得到Cu-10Zn-0.25Cr-0.08RE合金粗成品。

(4)合金性能測(cè)試及加工：將所述的Cu-10Zn-0.25Cr-0.08RE合金粗成品進(jìn)行金相組織、電學(xué)性能、常溫力學(xué)性能及高溫力學(xué)性能等性能測(cè)試，選出合格產(chǎn)品，將所述合格產(chǎn)品進(jìn)行拉拔或旋鍛加工成型，按規(guī)格制備成所需成品。具體如表一及圖2所示。

實(shí)施例2：

一種高強(qiáng)、中導(dǎo)新型銅合金Cu-6Zn-0.3Cr-0.06RE導(dǎo)條及制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)配料：按照所述的成分及配比要求對(duì)各合金元素進(jìn)行配比，選擇并稱取相應(yīng)的原料；Cu采用銅板方式加入，Zn采用鋅錠方式加入，Cr采用Cu-Cr中間合金方式加入，RE采用La-Ce中間合金方式加入；其中，所述的銅板為電解銅板，純度大于99％。其中，所述的鋅錠為市售二號(hào)鋅，純度大于99.95％。

(2)熔煉：采用非真空中頻感應(yīng)電爐熔煉，待銅板與Cu-Cr中間合金熔煉完后，加入鋅錠，再加入La-Ce中間合金，熔煉完成之后，澆筑成鑄錠，冷卻至室溫。其中，將質(zhì)量百分比為90％的電解銅板在非真空中頻感應(yīng)電爐中熔解完全，熔解溫度為1280℃，再加入質(zhì)量百分比為10％，粒徑為70目的鉻粒，加入脫氧劑進(jìn)行脫氧，加蓋厚度為30mm特制覆蓋劑，迅速升溫至1380℃，保溫17min，再依次進(jìn)行鑄錠和熱擠壓，得到Cu-Cr中間合金板材或棒材。其中，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6％的La-Ce(RE)混合稀土在電子天平上稱重，得到重量G1，然后將La-Ce混合稀土在打磨機(jī)中打磨12min去掉表面氧化層，稱重，得到重量G2，使得(G1-G2)÷G1＝0.06，得到去氧化La-Ce(RE)混合稀土，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94％的電解銅板在非真空中頻感應(yīng)電爐內(nèi)完全熔融，熔融溫度為1280℃，再將所述去氧化La-Ce(RE)混合稀土加入，加蓋厚度為30mm特制覆蓋劑，再依次進(jìn)行鑄錠、熱擠壓，得到銅基La-Ce(RE)中間合金板材或棒材；其中，銅基La-Ce(RE)中間合金完全熔解后，使用環(huán)頭攪拌桿攪拌2min至金屬熔液混合均勻，其中，所述的環(huán)頭攪拌桿材料優(yōu)選的使用氧化鋯陶瓷，耐熱溫度大于2200℃，加蓋厚度為45mm的特制覆蓋劑，靜置保溫30min，在水冷金屬型中澆鑄成鑄錠。其中，所述的特制覆蓋劑是由以下重量組分物質(zhì)組成：21份碳纖維粉、13份云母粉、45份膨化蛭石粉、20份蘇打石粉，上述重量組分粒徑為120目。

(3)制備導(dǎo)條型材：將所述鑄錠進(jìn)行預(yù)加熱、熱擠壓、冷拉拔和時(shí)效熱處理，得到所述導(dǎo)條。其中，將所述的鑄錠經(jīng)車削去氧化層，車削后鑄錠直徑為將所述車削后鑄錠進(jìn)行熱擠壓，鑄錠溫度為780℃，再經(jīng)水冷卻、冷拉拔、時(shí)效處理，其中，所述的熱擠壓工藝參數(shù)為：擠壓筒預(yù)熱溫度為380℃，擠壓模具預(yù)熱溫度為400℃，開(kāi)始擠壓溫度750℃，擠壓比為75，擠壓速度7.5mm/s；所述的冷拉拔的變形量為27％，所述的時(shí)效處理工藝參數(shù)為：時(shí)效溫度為430℃，時(shí)效時(shí)間為4h，得到Cu-6Zn-0.3Cr-0.06RE合金粗成品；

(4)合金性能測(cè)試及加工：將所述的Cu-6Zn-0.3Cr-0.06RE合金粗成品進(jìn)行金相組織、電學(xué)性能、常溫力學(xué)性能及高溫力學(xué)性能等性能測(cè)試，選出合格產(chǎn)品，將所述合格產(chǎn)品進(jìn)行拉拔或旋鍛加工成型，按規(guī)格制備成所需成品。具體如表一及圖3所示。

實(shí)施例3：

一種高強(qiáng)、中導(dǎo)新型銅合金Cu-8Zn-0.3Cr-0.1RE導(dǎo)條及制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)配料：按照所述的成分及配比要求對(duì)各合金元素進(jìn)行配比，選擇并稱取相應(yīng)的原料；Cu采用銅板方式加入，Zn采用鋅錠方式加入，Cr采用Cu-Cr中間合金方式加入，RE采用La-Ce中間合金方式加入；其中，所述的銅板為電解銅板，純度大于99％。其中，所述的鋅錠為市售二號(hào)鋅，純度大于99.95％。

(2)熔煉：采用非真空中頻感應(yīng)電爐熔煉，待銅板與Cu-Cr中間合金熔煉完后，加入鋅錠，再加入La-Ce中間合金，熔煉完成之后，澆筑成鑄錠，冷卻至室溫。其中，將質(zhì)量百分比為89％的電解銅板在非真空中頻感應(yīng)電爐中熔解完全，熔解溫度為1300℃，再加入質(zhì)量百分比為11％，粒徑為80目的鉻粒，加入脫氧劑進(jìn)行脫氧，加蓋厚度為20-40mm特制覆蓋劑，迅速升溫至1400℃，保溫20min，再依次進(jìn)行鑄錠和熱擠壓，得到Cu-Cr中間合金板材或棒材。其中，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7％的La-Ce(RE)混合稀土在電子天平上稱重，得到重量G1，然后將La-Ce混合稀土在打磨機(jī)中打磨15min去掉表面氧化層，稱重，得到重量G2，使得(G1-G2)÷G1＝0.07，得到去氧化La-Ce(RE)混合稀土，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93％的電解銅板在非真空中頻感應(yīng)電爐內(nèi)完全熔融，熔融溫度為1300℃，再將所述去氧化La-Ce(RE)混合稀土加入，加蓋厚度為40mm特制覆蓋劑，再依次進(jìn)行鑄錠、熱擠壓，得到銅基La-Ce(RE)中間合金板材或棒材；其中，銅基La-Ce(RE)中間合金完全熔解后，使用環(huán)頭攪拌桿攪拌3min至金屬熔液混合均勻，其中，所述的環(huán)頭攪拌桿材料優(yōu)選的使用氧化鋯陶瓷，耐熱溫度大于2200℃，加蓋厚度為60mm的特制覆蓋劑，靜置保溫40min，在水冷金屬型中澆鑄成鑄錠。其中，所述的特制覆蓋劑是由以下重量組分物質(zhì)組成：22份碳纖維粉、16份云母粉、50份膨化蛭石粉、22份蘇打石粉，上述重量組分粒徑為150目。

(3)制備導(dǎo)條型材：將所述鑄錠進(jìn)行預(yù)加熱、熱擠壓、冷拉拔和時(shí)效熱處理，得到所述導(dǎo)條。其中，將所述的鑄錠經(jīng)車削去氧化層，車削后鑄錠直徑為將所述車削后鑄錠進(jìn)行熱擠壓，鑄錠溫度為750℃，再經(jīng)水冷卻、冷拉拔、時(shí)效處理，其中，所述的熱擠壓工藝參數(shù)為：擠壓筒預(yù)熱溫度為380℃，擠壓模具預(yù)熱溫度400℃，開(kāi)始擠壓溫度720℃，擠壓比為60，擠壓速度10mm/s；所述的冷拉拔的變形量為27％，所述的時(shí)效處理工藝參數(shù)為：時(shí)效溫度為430℃，時(shí)效時(shí)間為4h，得到Cu-8Zn-0.3Cr-0.1RE合金粗成品；

(4)合金性能測(cè)試及加工：將所述的Cu-8Zn-0.3Cr-0.1RE合金粗成品進(jìn)行金相組織、電學(xué)性能、常溫力學(xué)性能及高溫力學(xué)性能等性能測(cè)試，選出合格產(chǎn)品，將所述合格產(chǎn)品進(jìn)行拉拔或旋鍛加工成型，按規(guī)格制備成所需成品。具體如表一及圖4所示。

表一：不同成分導(dǎo)條產(chǎn)品的力學(xué)性能

根據(jù)圖1-4不同成分導(dǎo)條產(chǎn)品的金相組織照片，可看出添加RE的合金晶粒得到明顯的細(xì)化。

盡管已參照其具體實(shí)施方案描述和闡明了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)其作出各種改變、修改和取代。因此，本發(fā)明意在僅受下列權(quán)利要求的范圍限制且這些權(quán)利要求應(yīng)在合理的程度上盡可能廣義地解釋。