一种高强高导稀土铜镁合金接触线及其制备方法技术

一种高强高导稀土铜镁合金接触线，包括以下重量百分比的组分组成：0.1~0.8%的镁，0.1～0.4%的镍，0.1～0.4%的锌，0.1～0.4%的银、0.05～0.15%的稀土元素，余量为铜和不可避免的杂质元素，所述的稀土元素为铈和钕中的一种或两种。稀土元素以两种混合的形式加入时，铈和钕的重量比为1：1～1：2。本发明专利技术提供了的一种高强高导稀土铜镁合金接触线克服了现有技术中铜镁合金导电率与抗拉强度不能同时兼顾的技术问题，能够满足铁路接触线用铜合金的性能要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高强高导稀土铜镁合金接触线及其制备方法，属于铜合金材料

技术介绍
接触导线是保证电气化铁路正常运营的关键构件，它通过与电力机车受电弓滑板直接接触滑动摩擦将电能从变电所传输给电力机车。因此，接触线是所有供电类导线中工作环境最恶劣的一种，正常工作时需要承受冲击、振动、温差变化、环境腐蚀、磨耗、电火花烧蚀和极大的工作张力，其性能直接影响到高速列车的安全运行。目前主要开发的铁路接触线合金有Cu-Ag、Cu-Mg以及Cu-Sn合金。其中，铜镁合金由于其优良的性能目前被广泛应用。中国专利2015年4月3日（公告号：CN104711449A）公开的微合金化铜镁合金，该合金虽导电率较高，但是合金抗拉强度较低，仅为300MPa。中国专利2013年8月23日（公开号：CN103421978A）公开的一种铜镁合金材料，该合金导电率不高为60%IACS。中国专利2012年5月23日申请的专利（公开号：CN102851526A）公开的一种高导电率铜镁合金接触线及其加工工艺，其导电率较高达到90%IACS以上，但是其抗拉强度仅为360MPa。中国专利2009年12月14日（公开号：CN101710505A）公开的一种铜镁合金接触线的制备方法，该合金抗拉强度高于570MPa，但导电率也偏低。
技术实现思路
为了克服现有技术中的铜镁合金导电率与抗拉强度不能同时兼顾的技术问题，本专利技术提供了一种具有优良综合性能的高强高导稀土铜镁合金接触线及其制备方法，以满足铁路接触线用铜合金的性能要求。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种高强高导稀土铜镁合金接触线及其制备方法，包括以下重量百分比的组分组成：0.1~0.8%的镁，0.1～0.4%的镍，0.1～0.4%的锌，0.1～0.4%的银、0.05～0.15%的稀土元素，余量为铜和不可避免的杂质元素，所述的稀土元素为铈和钕中的一种或两种。所述的稀土元素以两种混合的形式加入时，铈和钕的重量比为1：1～1：2。一种高强高导稀土铜镁合金接触线及其制备方法，包括以下步骤：（1）制备铜镁中间合金：将镁以及组分铜总质量20%的铜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5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，之后，控制炉内温度升高至1050~1100℃，进行熔炼0.5~1h，自然冷却后得到铜镁中间合金，备用；（2）制备铜-稀土中间合金：将组分铜总质量20%的铜、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5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，之后，控制炉内温度升高至1050~1080℃，进行熔炼0.5~1h，自然冷却后得到铜-稀土中间合金，备用；（3）熔炼：将组分铜总质量60%的铜、镍、锌、银以及步骤（1）制得的铜镁中间合金和步骤（2）制得的铜-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5×10-2Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制熔炼温度为1230～1280℃，得到液态合金，备用；（4）连铸：将步骤（3）制得的液态合金转置于温度为1130～1200℃的连铸保温炉内，以280mm/min的拉坯速度进行水平连续铸造拉坯，制得φ30mm的棒坯，备用；（5）连续挤压：将步骤（4）得到的棒坯通过连续挤压机，挤压成φ35mm的杆坯，挤压比5～10:1；（6）固溶处理：将步骤（5）制得的杆坯装入热处理炉中，在900～950℃温度下进行保温1～2h，然后进行水淬；（7）拉拔变形：将步骤（6）固溶处理后的合金进行拉拔变形，变形量为40～80%；（8）时效处理和拉拔变形：将步骤（7）拉拔变形后的合金进行时效处理，时效温度为450～550℃，保温2～4h，时效过程氩气保护，之后进行拉拔变形，变形量为20～80%，即得成品稀土铜镁合金接触线。本专利技术的有益效果：（1）、本专利技术所制备的稀土铜镁合金接触线在铜镁合金的基础上加入了镍、银、锌和微量的稀土元素。镍的加入能够充分提高合金的延伸率，以及合金的抗软化温度；银的加入能够大幅提高合金的导电率，同时也能提高合金的延伸率；锌的加入能够提高合金强度，同时可显著改善合金的机械加工性能；稀土元素铈和钕的加入除了能够改变合金的工艺性，利于精炼、除气和微合金化作用外，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。由于镍和锌加入量过多也会影响合金的导电性，所以镍和锌的加入量为0.1～0.4%和0.1～0.4%。本专利技术通过限定合金的成分及其各组分的百分配比，使各组分综合作用，显著提高了稀土铜镁合金材料的综合性能，使成品稀土铜镁合金接触线的抗拉强度＞520MPa，导电率≥75%IACS，延伸率≥10%，软化温度＞470℃，能较好的满足电气化铁路接触网线材对铜镁合金性能的要求。（2）、本专利技术在制备步骤中，采用先制备铜镁中间合金、再制备铜-稀土合金中间合金、之后，再添加其他金属元素进行熔炼等操作的方法，能够使镁和稀土加入后的烧损量大大减少，同时使成品合金的合金成分含量容易控制，成分均匀，铸件表面呈亮铜色，内部无明显缺陷。同时，稀土元素在中间步骤的加入还能够显著的细化合金的晶粒，提高合金的强度。（4）、在制备步骤中，时效处理以及拉拔变形的操作方法，可以提高析出相的形核位置，析出相析出越多，越能提高合金的强度与导电率。在时效过程中采取氩气保护，还能够使时效后合金的氧化率大大减少，提高了合金性能，对合金制备工艺有改进和优化作用。（5）、本专利技术所制备的铜镁合金通过熔炼，连铸，连续挤压，固溶处理，拉拔变形，时效处理，再次拉拔变形等工艺操作，制备出了抗拉强度可达524MPa以上，导电率可达75%IACS以上的稀土铜镁合金，显著提高了合金的综合性能。具体实施方式下述实施例仅对本专利技术作进一步详细说明，但不构成对本专利技术的任何限制。一种高强高导稀土铜镁合金接触线，由以下重量百分比的组分组成：0.1~0.8%的镁，0.1～0.4%的镍，0.1～0.4%的锌，0.1～0.4%的银、0.05～0.15%的稀土元素，余量为铜和不可避免的杂质元素，所述的稀土元素为铈和钕中的一种或两种。所述的稀土元素以两种混合的形式加入时，铈和钕的重量比为1：1～1：2。一种高强高导稀土铜镁合金接触线及其制备方法，包括以下步骤：（1）制备铜镁中间合金：将镁以及组分铜总质量20%的铜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5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，之后，控制炉内温度升高至1050~1100℃，进行熔炼0.5~1h，自然冷却后得到铜镁中间合金，备用；（2）制备铜-稀土中间合金：将组分铜总质量20%的铜、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5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，之后，控制炉内温度升高至1050~1080℃，进行熔炼0.5~1h，自然冷却后得到铜-稀土中间合金，备用；（3）熔炼：将组分铜总质量60%的铜、镍、锌、银以及步骤（1）制得的铜镁中间合金和步骤（2）制得的铜-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5×10-2Pa，然后充入氮气至炉内压强为0.05MPa，控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强高导稀土铜镁合金接触线，其特征在于：由以下质量百分比的组分组成：0.1～0.8%的镁，0.1～0.4%的镍，0.1～0.4%的锌，0.1～0.4%的银、0.05～0.15%的稀土元素，余量为铜和不可避免的杂质元素，所述的稀土元素为铈和钕中的一种或两种。

【技术特征摘要】
1.一种高强高导稀土铜镁合金接触线，其特征在于：由以下质量百分比的组分组成：0.1～0.8%的镁，0.1～0.4%的镍，0.1～0.4%的锌，0.1～0.4%的银、0.05～0.15%的稀土元素，余量为铜和不可避免的杂质元素，所述的稀土元素为铈和钕中的一种或两种。2.根据权利要求1所述的一种高强高导稀土铜镁合金接触线，其特征在于：所述的稀土元素以两种混合的形式加入时，铈和钕的重量比为1：1～1：2。3.根据权利要求1或2所述的一种高强高导稀土铜镁合金接触线的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）制备铜镁中间合金：将镁以及组分铜总质量20%的铜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5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，之后，控制炉内温度升高至1050~1100℃，进行熔炼0.5~1h，自然冷却后得到铜镁中间合金，备用；（2）制备铜-稀土中间合金：将组分铜总质量20%的铜、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5×10-2Pa，然后充入氩气至炉内压强为0.05MPa，之后，控制炉内温度升高至1050~1080℃，进行熔炼0.5~1h，自然冷却后得到铜-稀土中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张毅，李丽华，安俊超，王智勇，殷婷，国秀花，王冰洁，孙国强，田保红，刘勇，刘玉亮，李武会，宋克兴，孙慧丽，柴哲，任凤章，贾淑果，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41