一种高强高导接触线用稀土铜合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强高导接触线用稀土铜合金及其制备方法，所述稀土铜合金由铬、锆、锌、钛、银、铜和稀土元素以及不可避免的杂质元素组成，制备时，首先制备Cu-Zr中间合金和Cu-稀土中间合金，然后将其与铜、锌、银、钛熔炼铸模形成铸锭，铸锭热挤压得到棒坯，对棒坯固溶处理，将处理后得到的合金拉拔变形，拉拔变形后进行时效处理，即制得高强高导稀土铜合金。本发明专利技术能够大幅提高合金的导电率、延伸率、合金强度和抗软化温度；显著改善合金的机械加工性能；能够改变合金的工艺性，利于精炼、除气和微合金化；能较好的满足接触线工业领域用材料对铜合金性能的要求。本发明专利技术制备过程简单、工艺流程短、强度高、导电性好、热加工性能优良。

【技术实现步骤摘要】
一种高强高导接触线用稀土铜合金及其制备方法
本专利技术涉及铜合金材料
，具体涉及一种高强高导接触线用稀土铜合金及其制备方法。
技术介绍
电气化铁路接触网是电气化铁路的重要组成部分，它主要由接触线、载流承力索、不载流承力索和吊弦（线）等部件构成，其中接触线通过与电力机车受电弓滑板直接接触将电能从牵引变电所传输给机车，是保证电气化铁路正常运营的关键构件。目前开发的铁路接触线合金有Cu-Ag、Cu-Mg、Cu-Sn以及Cu-Cr-Zr合金，其中Cu-Cr-Zr合金作为铁路接触线合金具有高强度、高导电率、高的耐磨性以及高的软化温度，被国内外认为是目前最理想的接触线合金。公开号为CN101386925A的中国专利技术专利公开了一种接触线用Cu-Cr-Zr合金制备工艺，通过该工艺制备的合金，其抗拉强度大，不小于590MPa，但其导电率不高，仅为77%IACS。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高强高导接触线用稀土铜合金及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案的基本构思是：一种高强高导接触线稀土铜合金，所述稀土铜合金由铬、锆、锌、钛、银、铜和稀土元素以及不可避免的杂质元素组成，各组分占稀土铜合金总量的重量百分比为铬0.2-0.8%，锆0.1-0.5%，锌0.1-0.4%，钛0.1-0.5%，银0.1-0.4%，稀土元素0.02-0.1%，余量为铜和不可避免的杂质元素。优选地，所述的稀土元素为铈、铱中的一种或两种。优选地，所述的稀土元素以两种混合的形式加入时，铱和铈的重量之比为0.5-1。一种高强高导接触线稀土铜合金的制备方法，包括以下步骤：步骤一、制备中间合金：将铜、锆放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为0.05Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1050-1100℃，熔炼0.5-1h，自然冷却后得到Cu-Zr中间合金，备用；将铜、稀土放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为0.05Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1030-1070℃，熔炼0.5-1h，自然冷却后得到Cu-稀土中间合金，备用；步骤二、熔炼、铸模：将铜、锌、银、钛以及步骤一制得的Cu-Zr中间合金、Cu-稀土中间合金放入高频真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为0.05Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1200-1300℃，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇筑温度控制在1150-1200℃；步骤三、热挤压：将步骤二得到的铸锭加热至850-950℃，保温1-3小时，然后热挤压成棒材，挤压比5-10:1，得到棒坯；步骤四、固溶处理：将步骤三得到的棒坯装入热处理炉中，在850-900℃保温1-2小时，然后进行水淬，得到合金备用；步骤五、拉拔变形：将步骤四固溶处理后得到的合金进行拉拔变形，变形量为40-80%；步骤六、时效处理和拉拔变形：将步骤五拉拔变形后的合金进行时效处理，时效温度为450-550℃，保温2-10小时，之后进行拉拔变形，变形量为20-80%，即制得高强高导稀土铜合金。优选地，所述步骤六时效处理和拉拔变形的方法为：先在时效温度450-500℃下保温2-4小时，进行第一次拉拔变形，变形量为40-80%；然后在时效温度450-550℃下保温2-4小时，再进行第二次拉拔变形，变形量为40-80%。优选地，所述步骤六时效处理和拉拔变形的方法为：先在时效温度460℃下保温2小时，进行第一次拉拔变形，变形量为40%；之后在时效温度450℃下保温2-4小时，进行第二次拉拔变形，变形量为40-60%；然后在时效温度450℃下保温2小时，再进行第三次拉拔变形，变形量为60%。有益效果（1）本专利技术在Cu-Cr-Zr合金的基础上加入了银、锌、钛和微量的稀土元素，其中，加入银能够大幅提高合金的导电率，也能同时提高合金的延伸率；加入锌能够提高合金强度，同时可显著改善合金的机械加工性能；加入钛能够充分提高合金的延伸率，提高合金的抗软化温度；加入稀土元素不仅能够改变合金的工艺性，利于精炼、除气和微合金化，还可以提高合金的抗拉强度、硬度、导电率、软化温度、延伸率等。因为加入锌和钛量过多会影响合金的导电性，所以锌和钛的加入量分别为0.1-0.4%和0.1-0.5%。（2）在制备过程中，采用多次时效处理和多次拉拔变形的操作方法，可以提高析出相的形核位置，而析出相析出越多，则合金的强度和导电率越高。（3）本专利技术通过限定合金的成分及其比例，使各成分综合作用，显著提高了合金材料的综合性能，能较好的满足接触线工业领域用材料对铜合金性能的要求。本专利技术的铜合金具有制备过程简单、工艺流程短、高强度、高导电性、热加工性能优良等特点，其抗拉强度可达673MPa。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。一种高强高导接触线稀土铜合金，所述稀土铜合金由铬、锆、锌、钛、银、铜和稀土元素以及不可避免的杂质元素组成，各组分占稀土铜合金总量的重量百分比为铬0.2-0.8%，锆0.1-0.5%，锌0.1-0.4%，钛0.1-0.5%，银0.1-0.4%，稀土元素0.02-0.1%，余量为铜和不可避免的杂质元素。优选地，所述的稀土元素为铈、铱中的一种或两种。优选地，所述的稀土元素以两种混合的形式加入时，铱和铈的重量之比为0.5-1。一种高强高导接触线稀土铜合金的制备方法包括以下步骤：步骤一、制备中间合金：将铜、锆放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为0.05Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1050-1100℃，熔炼0.5-1h，自然冷却后得到Cu-Zr中间合金，备用；将铜、稀土放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为0.05Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1030-1070℃，熔炼0.5-1h，自然冷却后得到Cu-稀土中间合金，备用；步骤二、熔炼、铸模：将铜、锌、银、钛以及步骤一制得的Cu-Zr中间合金、Cu-稀土中间合金放入高频真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为0.05Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1200-1300℃，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇筑温度控制在1150-1200℃；步骤三、热挤压：将步骤二得到的铸锭加热至850-950℃，保温1-3小时，然后热挤压成棒材，挤压比5-10:1，得到棒坯；步骤四、固溶处理：将步骤三得到的棒坯装入热处理炉中，在850-900℃保温1-2小时，然后进行水淬，得到合金备用；步骤五、拉拔变形：将步骤四固溶处理后得到的合金进行拉拔变形，变形量为40-80%；步骤六、时效处理和拉拔变形：将步骤五拉拔变形后的合金进行时效处理，时效温度为450-550℃，保温2-10小时，之后进行拉拔变形，变形量为20-80%，即制得高强高导稀土铜合金。优选地，所述步骤六时效处理和拉拔变形的方法为：先在时效温度450-500℃下保温2-4小时，进行第一次拉拔变形，变形量为40-80%；然后在时效温度450-550℃下保温2-4小时，再进行第二次拉拔变形，变形量为40-80%。优选地，所述步骤六时效处理和拉拔变形的方法为：先在时效温度4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强高导接触线稀土铜合金，其特征在于：所述稀土铜合金由铬、锆、锌、钛、银、铜和稀土元素以及不可避免的杂质元素组成，各组分占稀土铜合金总量的重量百分比为铬0.2‑0.8%，锆0.1‑0.5%，锌0.1‑0.4%，钛0.1‑0.5%，银0.1‑0.4%，稀土元素0.02‑0.1%，余量为铜和不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】
1.一种电气化铁路接触网接触线用高强高导稀土铜合金，其特征在于：所述稀土铜合金由铬、锆、锌、钛、银、铜和稀土元素以及不可避免的杂质元素组成，各组分占稀土铜合金总量的重量百分比为铬0.7-0.8%，锆0.4-0.5%，锌0.1-0.4%，钛0.3-0.5%，银0.3-0.4%，稀土元素0.02-0.1%，余量为铜和不可避免的杂质元素；所述稀土铜合金的制备方法包括以下步骤：步骤一、制备中间合金：将铜、锆放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为0.05Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1050-1100℃，熔炼0.5-1h，自然冷却后得到Cu-Zr中间合金，备用；将铜、稀土放入真空非自耗电极电弧熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为0.05Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，加热至1030-1070℃，熔炼0.5-1h，自然冷却后得到Cu-稀土中间合金，备用；步骤二、熔炼、铸模：将铜、锌、银、钛以及步骤一制得的Cu-Zr中间合金、Cu-稀土中间合金放入高频真空熔炼炉内进行熔炼，抽真空至炉内压强为0.05Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1200-1300℃，熔融后注入铸模，形成铸锭，所述浇注温度控制在1150-1200℃；步骤三、热挤压：将步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张毅，柴哲，孙慧丽，田保红，刘勇，周洪雷，刘平，许倩倩，龙永强，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41