一种汽轮发电机转子用槽楔材料及其加工工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种汽轮发电机转子用槽楔材料及其加工工艺，铜合金由铜、镍、硅、铬、锆、银、镁、铌等组成，采用真空熔炼→水封挤压→冷变形→时效→固溶淬火→第二次冷变形→深冷处理→第二次时效等加工工艺制备；本发明专利技术提供的技术方案，获得的材料性能优异，完全满足汽轮发电机转子的使用要求。

【技术实现步骤摘要】
一种汽轮发电机转子用槽楔材料及其加工工艺
本专利技术涉及一种有色金属合金材料及其加工工艺，尤其涉及一种汽轮发电机转子用槽楔材料及其加工工艺。
技术介绍
槽楔是固定发电机槽内定子线棒的零件，为了提高发电机不平衡运行能力和保证发电机负载电流造成温度升高时的安全可靠，大型发电机要求其槽楔材料必须有较高的导电性，同时具有较高的常温和高温力学性能。目前，国内大型汽轮发电机组制造厂家选用的汽轮发电机转子槽楔材料，多数采用铍钴铜合金材料，其化学成分为：铍0.045%-0.75%，钴2.5%-2.7%,锆0.2-0.3%，在室温下其抗拉强度大于690MPa，屈服强度大于590MPa，伸长率大于15%，导电率大于38.1%IACS；在温度为427℃时，其抗拉强度大于520MPa，屈服强度大于450MPa，伸长率大于5%。但是，铍是对人体有害的元素，尤其在高温下，对人体和环境都极为有害，出于对环境保护和人体健康等方面的考虑，需要更换铍钴铜合金材料，开发环境友好的汽轮发电机转子槽楔材料。专利200510123011公开了一种大容量汽轮发电机转子铜合金槽楔及其制备方法，其合金成分为：Ni:1.35～2.05%,Si:0.40～0.80%,Cr:0.05～0.25%,Be:0.15～0.40%,Cu:余量；生产工艺主要采用920～980℃固溶处理，35～50%冷变形，450～500℃保温4～5h时效处理，空冷。该技术方案中，铍对环境有害，同时价格高，且影响合金的高温稳定性，使合金不宜长时间承受高温工作；合金中Ni、Si的质量配比在2.5～3.5左右，Si含量相对偏高，只有一部分Si形成Ni2Si析出相，剩余的Si以固溶态存在，导电率仅为49%IACS。专利200510038051.4公开了一种汽轮发电机转子槽楔用钛青铜及其加工工艺，其成分为：Be：0.1～0.3%,Ni：1.5～2.5%、Ti：0.4～0.6%、Cu：余量，导电率仅为47%IACS，同时高温性能不理想，工作寿命短，无法满足大功率发电机长时间运转的需求。专利201410249942.3公开了一种超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔的制备工艺。其通过采用连续挤压工艺，实现细化晶粒，之后再通过微冷变形及时效处理，实现了CuCrNiSi合金槽楔的制备。该工艺通过晶粒细化、形变强化以及析出强化，提高槽楔的力学性能，但是其导电率偏低，导电率只有30～40%IACS。专利201410620532.5公开了一种易挤压成型高温性能优良的铜合金转子槽楔及其生产方法，其材料中包含Ni、Cr、Si、Zr和Cu，Ni的含量为1.6wt％～2.5wt％，Cr的含量为0.05wt％～0.15wt％，Si的含量为0.5wt％～0.8wt％，Zr的含量为0.15wt％～0.25wt％。其合金材料在大加工率变形时容易产生晶间裂纹，影响了材料的力学性能，使用时存在安全隐患。专利200910248653.0公开了一种高强度镍铬硅铜合金材料及其加工工艺，合金的组成的质量配比为：Ni：2.1％～2.9％、Cr：0.4％～0.7％、Si：0.3％～0.7％；采用的加工工艺为：熔铸、压力加工、高温固溶淬火热处理、冷压力加工、时效热处理、机械加工。该合金虽然室温性能较好，但是其高温性能低于铍钴铜合金材料的性能。
技术实现思路
针对上述的技术问题,本专利技术提供一种汽轮发电机转子用槽楔材料及其加工工艺。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种汽轮发电机转子用槽楔材料，按重量百分比计，由以下组分组成：铜、镍、硅、铬、锆、银、镁、铌；所述镍含量1.8%～2.5%、硅含量0.45%～0.60%、铬含量0.60%～0.80%、锆含量0.08%～0.10%、银含量0.10%～0.20%、镁含量0.10%～0.20%，铌含量0.05～0.10%；所述铜、镍、硅、铬、锆、银、镁、铌等元素的总含量大于99.97%，所述镍含量、硅含量的比值是4.15：1；铬含量、锆含量的比值是8：1；银含量、镁含量、铌含量的比值是2：2：1。所述的一种汽轮发电机转子用槽楔材料的加工工艺包括以下步骤：真空熔炼→水封挤压→冷变形→时效→固溶淬火→第二次冷变形→深冷处理→第二次时效所述的真空熔炼过程时，真空度小于0.1Pa，采用氩气做为保护气体，熔炼温度为1200℃～1250℃；熔炼原材料选用高纯阴极铜、铜镍中间合金、铜硅中间合金、铜铬中间合金、铜锆中间合金、铜铌中间合金、纯银、纯镁。所述的水封挤压时，先将铸锭进行加热，加热温度为920℃～960℃，挤压比为8～15，水封时水温小于35℃。所述的冷变形采用50%的加工率进行冷加工变形。所述的时效温度为450℃～500℃，时间为5小时。所述的固溶淬火是950℃保温1小时，水淬。所述的第二次冷变形采用30%的加工率进行冷加工变形。所述的深冷处理采用低温深冷处理设备，每小时温度降低50℃，直到-180℃，保温10小时，然后每小时升温50℃，直到室温。所述的第二次时效温度为450℃～470℃，时间为5小时。所述的加工工艺制备的一种汽轮发电机转子用槽楔材料，在室温下其抗拉强度为695MPa～735MPa，屈服强度为600MPa～625MPa，伸长率为16%～18%，导电率为45%IACS～55%IACS，软化温度为大于580℃；在温度为427℃时，其抗拉强度为550MPa～600MPa，屈服强度460MPa～500MPa，伸长率6%～10%。本专利技术的设计思路和有益效果如下：1.优化选择合金材料的元素和元素含量，本专利技术的合金材料含有镍、硅、铬、锆、银、镁、铌等元素；其中镍含量1.8%～2.5%、硅含量0.45%～0.60%、铬含量0.60%～0.80%、锆含量0.08%～0.10%、银含量0.10%～0.20%、镁含量0.10%～0.20%，铌含量0.05～0.10%；铜、镍、硅、铬、锆、银、镁、铌等元素的总含量大于99.97%，所述镍含量、硅含量的比值是4.15：1；铬含量、锆含量的比值是8：1；银含量、镁含量、铌含量的比值是2：2：1。镍和硅能够形成化合物Ni2Si，Ni2Si是一种金属间化合物，硬度很高，尺寸小，显著提高合金的硬度和强度；同时镍和硅的比例合金材料的性能影响较大，当4.0＜镍含量/硅含量＜4.5时，合金材料的硬度和导电率达到较高水平，镍含量/硅含量＜4.0时，导电率明显降低，硬度也处于较低的水平，镍含量/硅含量＞4.5时，合金材料的导电率基本稳定，但是硬度较低，本专利技术通过大量的试验验证，优化镍含量和硅含量比例为4.15：1，既保证合金材料有优异的力学性能，又保证合金材料有优异的导电性能。铬元素在合金材料中可以形成弥散分布的纳米级Cr相，显著提高材料的高温性能，添加锆元素可以形成Cr和Zr之间的协同作用，使合金的析出相更加细小，使材料强度得以提高，加入锆元素可以能够防止合金的高温脆性。铬和硅能够形成化合物Cr3Si，Cr3Si相粒子的尺寸为几个微米，可以显著提高合金材料的高温稳定性，弥散的Cr3Si相粒子对淬火前加热期间合金的晶粒尺寸长大起到抑制作用，显著提高合金材料的力学性能；铬元素、锆元素对合金材料的导电性影响不大。同时，优化铬含量、锆含量的比值是8：1，使合金材料的性能达到最优效果。银元素的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽轮发电机转子用槽楔材料及其加工工艺，其特征在于：由铜、镍、硅、铬、锆、银、镁、铌等组分组成，按重量百分比计，所述镍含量1.8%～2.5%、硅含量0.45%～0.60%、铬含量0.60%～0.80%、锆含量0.08%～0.10%、银含量0.10%～0.20%、镁含量0.10%～0.20%，铌含量0.05～0.10%；所述铜、镍、硅、铬、锆、银、镁、铌等元素的总含量大于99.97%，所述镍含量、硅含量的比值是4.15：1；铬含量、锆含量的比值是8：1，银含量、镁含量、铌含量的比值是2：2：1；所述的加工工艺：真空熔炼→水封挤压→冷变形→时效→固溶淬火→第二次冷变形→深冷处理→第二次时效；所述的加工工艺制备的汽轮发电机转子用槽楔材料，在室温下其抗拉强度为695MPa～735 MPa，屈服强度为600 MPa～625 MPa，伸长率为16%～18%，导电率为45%IACS～55%IACS，软化温度为大于580℃；在温度为427℃时，其抗拉强度为550MPa～600 MPa，屈服强度460 MPa～500 MPa，伸长率6%～10%。

【技术特征摘要】
1.一种汽轮发电机转子用槽楔材料及其加工工艺，其特征在于：由铜、镍、硅、铬、锆、银、镁、铌等组分组成，按重量百分比计，所述镍含量1.8%～2.5%、硅含量0.45%～0.60%、铬含量0.60%～0.80%、锆含量0.08%～0.10%、银含量0.10%～0.20%、镁含量0.10%～0.20%，铌含量0.05～0.10%；所述铜、镍、硅、铬、锆、银、镁、铌等元素的总含量大于99.97%，所述镍含量、硅含量的比值是4.15：1；铬含量、锆含量的比值是8：1，银含量、镁含量、铌含量的比值是2：2：1；所述的加工工艺：真空熔炼→水封挤压→冷变形→时效→固溶淬火→第二次冷变形→深冷处理→第二次时效；所述的加工工艺制备的汽轮发电机转子用槽楔材料，在室温下其抗拉强度为695MPa～735MPa，屈服强度为600MPa～625MPa，伸长率为16%～18%，导电率为45%IACS～55%IACS，软化温度为大于580℃；在温度为427℃时，其抗拉强度为550MPa～600MPa，屈服强度460MPa～500MPa，伸长率6%～10%。2.如权利要求1所述的一种汽轮发电机转子用槽楔材料及其加工工艺，特征在于：所述的真空熔炼时，真空度小于0.1Pa，采用氩气做为保护气体，熔炼温度为1200℃～1250...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐高杰，
申请(专利权)人：徐高杰，
类型：发明
国别省市：河南,41