本發明涉及電機轉子材料制造技術領域，具體是涉及一種異步牽引電機轉子導條用含鋯黃銅材料及其制備方法。

背景技術：

隨著軌道交通和高鐵的發展，對其牽引動力—異步牽引電動機的要求越來越高，電機轉子是異步牽引電機的核心部件，通過電磁作用將電能轉化為動能，為整個機車(高鐵、地鐵)提供動力。一般高速異步牽引電機轉子采用導條嵌在鐵芯上，并與端環焊接在一起。因此，導條的性能和質量直接關系到異步牽引電機的性能。

電機轉子在運轉過程中，由于作用在轉子上的電磁應力、機械應力、殘余應力、動態應力等各種應力綜合作用，以及運行時電機的溫升情況，會造成轉子導條由于溫升而造成的軟化現象，并影響整個電機的服役能力，這種情況對于經常服役在較高溫度下的具有中等導電性要求的黃銅導條影響更為明顯。因此要求黃銅導條具備比較高室溫強度和中等導電性時，同時需要具備較高的高溫強度。而目前這種Cu-Zn合金雖然具備比較高的室溫強度和中等的電導率，但當溫度升高至200℃以上持續使用時強度會明顯降低。針對目前使用的Cu-Zn合金存在的缺點，開發Cu-Zn-Zr新型合金。

Cu-Zn合金為典型的固溶強化合金，Zn能大量固溶于Cu中，形成α固溶體，450℃時溶解度可達39％。實驗合金中Zn含量約為10％左右，因此Zn在合金中的存在形式完全為α固溶體，整個加工、熱處理過程對其幾乎沒有影響。Zn的固溶體在本文中的強化作用并不明顯，添加Zn主要是用于調控合金電導率。CuZn10合金為單相固溶體合金，且電阻可調，不足之處就是高溫強度較差。但Cu-Zn合金具有與Cu相同的面心立方晶格，預計在Cu-Zn合金中加Zr能夠細化晶粒，提高合金的抗拉強度和軟化溫度，同時不改變合金的電導率，改善和提高合金的綜合性能。本發明設計Cu-Zn-Zr合金的思路就是基于這樣的原理，以達到細小晶粒、高溫強度高和電阻率適宜的目的。

技術實現要素：

本發明解決的技術問題是，現有的異步牽引電機轉子導條材料使用的Cu-Zn合金不具備足夠的高溫強度，影響了異步牽引電機的性能。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案如下：

一種異步牽引電機轉子導條用含鋯黃銅材料，其化學組成及其重量百分比為：

Zr:0.03％-0.15％；

Cu:89％-91％；

Fe≤0.08％；

Pb≤0.03％；

Ni≤0.2％；

Zn：余量。

一種異步牽引電機轉子導條用含鋯黃銅的材料，其制備方法為：

1)配料：按照所述材料化學組成及其重量百分比對各合金元素配比，選擇并稱取相應的原料，Cu采用電解銅板方式加入，Zn采用鋅錠方式加入，Zr采用海綿鋯顆粒方式加入；所述的銅板為電解銅板，純度大于99％；所述的鋅錠為市售二號鋅，純度大于99.95％。

2)熔煉：采用非真空中頻感應電爐熔煉，待電解銅板熔化完后，加入Zn錠，Zn錠熔化完后，最后加入海綿Zr；

3)澆注：澆注獲得需要的鑄錠規格。

一種利用上述異步牽引電機轉子導條用含鋯黃銅材料制備導條的方法為：

1)配料：按照所述材料化學組成及其重量百分比對各合金元素配比，選擇并稱取相應的原料，Cu采用電解銅板方式加入，Zn采用鋅錠方式加入，Zr采用海綿鋯顆粒方式加入；

2)熔煉：采用非真空中頻感應電爐熔煉，待電解銅板熔化完后，加入Zn錠，Zn錠熔化完后，最后加入海綿Zr；

3)澆注：澆注獲得需要的鑄錠規格；

4)將所述鑄錠進行熱擠壓、冷拉拔和去應力退火處理，得到所述導條。

進一步地，在上述方案中，所述熱擠壓工藝參數為：鑄錠預加熱至780℃-850℃，開始擠壓溫度不低于780℃，擠壓工裝及模具預熱溫度380℃-400℃，擠壓比控制在30-45，擠壓速度控制在14-18mm/s，冷卻方式采用水冷。

進一步地，在上述方案中，所述冷拉拔的冷變形量25％-30％，獲得導條所需的拉拔型材。

進一步地，在上述方案中，所述去應力退火處理的處理溫度控制在400℃-450℃，處理時間控制在1-3h之間，去應力退火處理可以消除應力腐蝕開裂。

與現有技術相比，本發明的有益效果體現在：

1、本發明獲得的導條型材晶粒細小均勻，同時保持了Cu-Zn黃銅電性能穩定的特點。與現有Cu-Zn黃銅導條相比晶粒減小20μm左右，并與Cu-Zn黃銅電性能一致，室溫下Rm≥400MPa，A≥18％；電導率可根據不同的Zn含量進行調節，并且較穩定。

2、本發明獲得的Cu-Zn-Zr合金導條型材，具有良好的室溫力學性能和抗高溫軟化性能。與現有的黃銅合金材料Cu-Zn相比較，本含鋯黃銅合金材料抗拉強度較Cu-Zn合金提高7％左右，350℃高溫抗拉強度較Cu-Zn合金提高13％左右。

3、本發明銅合金導條可以滿足異步牽引電動機轉速高、工作溫度高、穩定性好的要求，特別是能夠滿足350℃下抗軟化性能好的要求。同時，本發明制備工藝簡單，節能降耗，降低制造成本。

具體實施方式

下面結合實施例，對本發明作進一步詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。

實施例1

一種異步牽引電機轉子導條用含鋯黃銅材料，其化學組成及其重量百分比為：Zr:0.03％,Cu:89％，Zn：余量。

利用上述異步牽引電機轉子導條用含鋯黃銅材料制備導條：

配料：按照所述材料化學組成及其重量百分比對各合金元素配比，選擇并稱取相應的原料，Cu采用電解銅板方式加入，Zn采用鋅錠方式加入，Zr采用海綿鋯顆粒方式加入；

熔煉：采用非真空中頻感應電爐熔煉，待電解銅板熔化完后，加入Zn錠，Zn錠熔化完后，最后加入海綿Zr；

澆注：澆注獲得需要的鑄錠規格；

熱擠壓：鑄錠預加熱至780℃，開始擠壓溫度不低于780℃，擠壓工裝及模具預熱溫度380℃，擠壓比控制在30，擠壓速度控制在14mm/s，冷卻方式采用水冷；

冷拉拔：冷拉拔的冷變形量25％，獲得導條所需的拉拔型材；

去應力退火處理：處理溫度控制在400℃，處理時間控制在1h，去應力退火處理可以消除應力腐蝕開裂。

性能測試：退火后得到的型材加工成測試試樣后，進行室溫機械性能(包括抗拉強度、屈服強度、延伸率)測試、350℃高溫機械性能測試、晶粒度測試和電性能測試。測試結果如表1所示。

實施例2

一種異步牽引電機轉子導條用含鋯黃銅材料，其化學組成及其重量百分比為：Zr:0.010％,Cu:90％，Zn：余量。

利用上述異步牽引電機轉子導條用含鋯黃銅材料制備導條：

配料：按照所述材料化學組成及其重量百分比對各合金元素配比，選擇并稱取相應的原料，Cu采用電解銅板方式加入，Zn采用鋅錠方式加入，Zr采用海綿鋯顆粒方式加入；

熔煉：采用非真空中頻感應電爐熔煉，待電解銅板熔化完后，加入Zn錠，Zn錠熔化完后，最后加入海綿Zr；

澆注：澆注獲得需要的鑄錠規格；

熱擠壓：鑄錠預加熱至820℃，開始擠壓溫度不低于780℃，擠壓工裝及模具預熱溫度390℃，擠壓比控制在37，擠壓速度控制在16mm/s，冷卻方式采用水冷；

冷拉拔：冷拉拔的冷變形量27％，獲得導條所需的拉拔型材；

去應力退火處理：處理溫度控制在425℃，處理時間控制在2h，去應力退火處理可以消除應力腐蝕開裂。

性能測試：退火后得到的型材加工成測試試樣后，進行室溫機械性能(包括抗拉強度、屈服強度、延伸率)測試、350℃高溫機械性能測試、晶粒度測試和電性能測試。測試結果如表1所示。

實施例3

一種異步牽引電機轉子導條用含鋯黃銅材料，其化學組成及其重量百分比為：Zr:0.15％,Cu:91％，Zn：余量。

利用上述異步牽引電機轉子導條用含鋯黃銅材料制備導條：

配料：按照所述材料化學組成及其重量百分比對各合金元素配比，選擇并稱取相應的原料，Cu采用電解銅板方式加入，Zn采用鋅錠方式加入，Zr采用海綿鋯顆粒方式加入；

熔煉：采用非真空中頻感應電爐熔煉，待電解銅板熔化完后，加入Zn錠，Zn錠熔化完后，最后加入海綿Zr；

澆注：澆注獲得需要的鑄錠規格；

熱擠壓：鑄錠預加熱至850℃，開始擠壓溫度不低于780℃，擠壓工裝及模具預熱溫度400℃，擠壓比控制在45，擠壓速度控制在18mm/s，冷卻方式采用水冷；

冷拉拔：冷拉拔的冷變形量30％，獲得導條所需的拉拔型材；

去應力退火處理：處理溫度控制在450℃，處理時間控制在3h，去應力退火處理可以消除應力腐蝕開裂。

性能測試：退火后得到的型材加工成測試試樣后，進行室溫機械性能(包括抗拉強度、屈服強度、延伸率)測試、350℃高溫機械性能測試、晶粒度測試和電性能測試。測試結果如表1所示。

對比例

本對比例中，采用與實施例2相同的制備方法制備現有的Cu-Zn合金，并對Cu-Zn合金進行機械性能、晶粒度和電性能測試。測試結果如表1所示。

表1

如上所述，便可較好地實現本發明，但上述實例僅為本發明的較佳實施例，并非用來限定本發明的實施范圍。即凡以本發明內容所作的變化與修飾，都為本發明權利要求保護的范圍所涵蓋。