一种铜铬钛合金接触线及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铜铬钛合金接触线及其制备方法，各合金元素含量为Cu-(0.15～0.35)%Cr-(0.10～0.23)%Ti-(0～0.05)%Mg-(0～0.02)%Si，杂质总量不大于0.1%的铜合金，通过大气熔炼、上引连续铸造、连续挤压、热处理和轧制拉拔等工艺，制备铜铬钛合金接触线，在工艺简化、设备及合金成分较为简单的情况下，可实现大规模工业化生产，接触线的具有较高的抗拉强度、优良的导电性能和抗软化性能以及良好的电滑动磨损性能。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，各合金元素含量为Cu-(0.15～0.35)%Cr-(0.10～0.23)%Ti-(0～0.05)%Mg-(0～0.02)%Si，杂质总量不大于0.1%的铜合金，通过大气熔炼、上引连续铸造、连续挤压、热处理和轧制拉拔等工艺，制备铜铬钛合金接触线，在工艺简化、设备及合金成分较为简单的情况下，可实现大规模工业化生产，接触线的具有较高的抗拉强度、优良的导电性能和抗软化性能以及良好的电滑动磨损性能。【专利说明】
本专利技术涉及一种接触线及其制备方法，特别涉及。
技术介绍
随着高速铁路朝着高效快捷、环保节能方向的快速发展，要求高速铁路用的接触线具有较高抗拉强度、优良的导电性能和较高的抗软化温度等综合性能。铜合金是应用最广泛的高速铁路接触线材，国外高速电气化铁路几乎全部采用铜合金接触导线。但长期以来，在铜合金接触线的研究和制备中存在着高强度和高导电性之间的矛盾，强度的提高必须以合金元素的添加为前提，任何溶质原子的存在都会导致晶格畸变，从而造成合金导电性能的降低。选择在铜中固溶较低的元素，特别是固溶度随温度降低而剧烈降低的元素，并借助加工硬化、细晶强化和沉淀强化等手段，在稍微降低合金电导率和牺牲一定塑性的前提下，提高合金的强度是目前研究高强高导铜合金接触线的重要方法。按导电性能与力学性能，铜合金接触导线可分为以下几类: (I)高导电中强度铜合金:导电率70%~98% IACS，抗拉强度350~600 MPa。如银铜、镁铜、锡铜、铬锆铜等。(2)中导电高强度铜合金:导电率30%~70% IACS，抗拉强度600~900 MPajB银铬铜合金。(3)低导电高强度铜合金:导电率10%~30% IACS，抗拉强度大于900 MPa，如铍铜、钦铜等。纯铜接触线具有良好的导电性，机械强度较低，经过冷加工强度可达350MPa，其表面和内部硬化程度不均匀，内、外磨损不一致，加工率为10%时，软化温度约为250°C，冷加工率达到93%时，软化温度则降至100°C左右。纯铜接触线的整体软化会使接触线整体机械强度下降，在与受电弓滑板接触的磨损面处的局部软化会导致磨损的加剧，只适合在速度低于200km/h的低速铁路上使用。铜银合金接触线是为改善纯铜接触线耐高温软化特性而开发的一种接触线，导电性良好96.5%IACS左右，机械强度350MPa左右，软化温度达300°C，软化后强度降低4~6%，延伸率提高0.7~1.2%。随着速度的提高，接触线的张力增加，铜银合金的抗拉强度无法满足接触线大张力的要求，只适用于速度为250km/h以下的线路。铜镁合金接触线的强度和抗软化温度比铜银接触线显著提高，但是导电性较低，电导率62~77%IACS，机械强度420~490MPa，软化温度约为365°C，再结晶温度范围在3500C ^400oC，软化后强度降低11.4%，延伸率提高5.4%。铜锡CuSnaQ4_a6接触线具有良好导电性60~93.2%IACS，机械强度367~460MPa，工作温度150°C，软化后强度降低8.15%，延伸率提高2~6%。 因此，以固溶和加工硬化为主要强化方法的银铜、镁铜等铜合金接触线应用广泛，可以通过减少合金元素含量提高导电性，可以通过提高加工率可以获得较高的强度，但是很难获得优良的抗软化性能。在目前的铜合金接触线中，Cu-Cr-Zr合金可综合加工硬化和时效强化获得较高的强度，可通过时效沉淀减少过饱和溶质原子浓度以提高电导率，并能通过抑制合金的再结晶过程提高抗软化性能，成为较理想的接触线材料。日本开发研制的OMCL-1型Cu-Cr-Zr系合金，抗拉强度达到592_608MPa，电导率达到82.7%IACS，延伸率介于4.1-7.0%，再结晶温度高于500°C。但是，由于Zr元素性质活泼，容易烧损，很难实现Cu-Cr-Zr合金的大气熔炼，从而限制了该材料的大规模应用。随着高速铁路的不断进步和成熟，我国已经逐渐从一个高速铁路技术进口国转变为出口国，对于高强高导接触线材料有大量的需求，高速铁路的发展进入了关键时期。因此，研发具有独立知识产权的高速铁路用接触线十分紧迫。
技术实现思路
针对现有技术中所存在的问题，本专利技术的首要目的在于提供一种铜铬钛合金接触线，次要目的在于提供一种铜铬钛合金接触线的制备方法。通过在电解铜中加入铬、钛、镁和硅等元素，经过大气熔炼、上引连续铸造、连续挤压、轧制拉拔和固溶淬火时效等工序制备合金接触线，具有高抗拉强度，高导电率、良好的高温抗软化性能和良好的电磨损性能，化学成分简单，无昂贵合金元素，成本低且易于工业化生产。为实现上述目的，本专利技术一种铜铬钛合金接触线，铜铬钛合金接触线按重量百分比为:0.15~0.35%的铬、0.10~0.23%的钛、O~0.05%的镁和O~0.02%的硅，杂质总量不大于0.1%，余量为铜。进一步，所述铜铬钛合金接触线抗拉强度为465~545MPa，电导率为76~85%IACS，延伸率大于5%，软化温度为45(T490°C。进一步，电流为I=30A时，所述铜铬钛合金接触线的电滑动磨损率为0.0041-0.0064mg/m。在同等条件下，Cu-Ag等铜合金接触线的电滑动磨损率为0.01mg/m至0.lmg/m，甚至更高，本专利技术通过添加和调整铜基接触线中铬、钛、镁及硅元素，并结合上引连铸、连续挤压等工艺方法，将电滑动磨损率大大降低，在适用于更高时速的高速铁路通电、通讯需要的同时，提高了接触线的使用寿命。一种铜铬钛合金接触线制备方法，包括以下步骤: (1)感应炉升温至1250±10°c保证电解铜熔化，添加铜铬、铜钛、铜镁中间合金和纯硅，米用煅烧木炭和鳞片石墨覆盖； (2)在1230±10°C搅拌并保温30分钟以上，以保证中间合金充分熔化和合金元素分布均匀，并通氩气或氮气进行精炼； (3)上引连铸毛坯杆，上引连铸温度为1220±10°C，上引速率为200±15mm/min，上引毛还杆规格为Φ 16~Φ22_ ； (4)对步骤(3)中所得到的所述毛坯杆进行固溶处理，处理温度为950±10°C，时间f2h，保温后进行淬火； (5)淬火态毛坯杆连续挤压:挤压后所得到的挤压杆规格为Φ24~Φ31πιπι; (6)对挤压杆进行双级时效处理:500~600°C下时效处理0.1-1.5h，后再在温度400 ~490°C时效 2-6h。(7)将挤压杆轧制拉拔成的成品接触线。进一步，所述成品接触线的截面具有对称沟槽。进一步，所述步骤(1)中的熔炼为大气熔炼。进一步，所述步骤(1)中的所述电解铜，以及铜铬、铜钛、铜镁中间合金和纯硅按设定的质量比配料；所述配料中铬质量百分比为0.15~0.35%，钛质量百分比为0.10~0.23%，镁的质量百分比为O~0.05%，硅的质量百分比为O~0.02%,杂质总量不大于0.1%，余量为铜。进一步，所述步骤(1)中，铜铬、铜钛、铜镁中间合金的成分分别为Cu_5%Cr、Cu-15%T1、Cu-10%Mg。进一步，所述步骤(4)中所述淬火后的毛坯杆的维氏硬度小于60HV，以保证步骤(5)的顺利进行。进一步，所述步骤(7)中所述轧制拉拔具体为:将步骤(6)双级时效处理后的所述挤压杆进行冷变形加工，得到Φ16~18mm的圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜铬钛合金接触线，其特征在于，铜铬钛合金接触线按重量百分比为：0.15～0.35%的铬、0.10～0.23%的钛、0～0.05%的镁和0～0.02%的硅，杂质总量不大于0.1%，余量为铜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张建波，李勇，钟明龙，许方，段志涛，李兆海，朱峰，张光伟，官珊丹，刘耀，朱映玉，
申请(专利权)人：江西理工大学，赣州江钨拉法格高铁铜材有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36