本發(fā)明涉及電機(jī)轉(zhuǎn)子材料制造技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種異步牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著軌道交通和高鐵的發(fā)展，對(duì)其牽引動(dòng)力—異步牽引電動(dòng)機(jī)的要求越來越高，電機(jī)轉(zhuǎn)子是異步牽引電機(jī)的核心部件，通過電磁作用將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，為整個(gè)機(jī)車(高鐵、地鐵)提供動(dòng)力。一般高速異步牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子采用導(dǎo)條嵌在鐵芯上，并與端環(huán)焊接在一起。因此，導(dǎo)條的性能和質(zhì)量直接關(guān)系到異步牽引電機(jī)的性能。

電機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于作用在轉(zhuǎn)子上的電磁應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、殘余應(yīng)力、動(dòng)態(tài)應(yīng)力等各種應(yīng)力綜合作用，以及運(yùn)行時(shí)電機(jī)的溫升情況，會(huì)造成轉(zhuǎn)子導(dǎo)條由于溫升而造成的軟化現(xiàn)象，并影響整個(gè)電機(jī)的服役能力，這種情況對(duì)于經(jīng)常服役在較高溫度下的具有中等導(dǎo)電性要求的黃銅導(dǎo)條影響更為明顯。因此要求黃銅導(dǎo)條具備比較高室溫強(qiáng)度和中等導(dǎo)電性時(shí)，同時(shí)需要具備較高的高溫強(qiáng)度。而目前這種Cu-Zn合金雖然具備比較高的室溫強(qiáng)度和中等的電導(dǎo)率，但當(dāng)溫度升高至200℃以上持續(xù)使用時(shí)強(qiáng)度會(huì)明顯降低。針對(duì)目前使用的Cu-Zn合金存在的缺點(diǎn)，開發(fā)Cu-Zn-Zr新型合金。

Cu-Zn合金為典型的固溶強(qiáng)化合金，Zn能大量固溶于Cu中，形成α固溶體，450℃時(shí)溶解度可達(dá)39％。實(shí)驗(yàn)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(gè)加工、熱處理過程對(duì)其幾乎沒有影響。Zn的固溶體在本文中的強(qiáng)化作用并不明顯，添加Zn主要是用于調(diào)控合金電導(dǎo)率。CuZn10合金為單相固溶體合金，且電阻可調(diào)，不足之處就是高溫強(qiáng)度較差。但Cu-Zn合金具有與Cu相同的面心立方晶格，預(yù)計(jì)在Cu-Zn合金中加Zr能夠細(xì)化晶粒，提高合金的抗拉強(qiáng)度和軟化溫度，同時(shí)不改變合金的電導(dǎo)率，改善和提高合金的綜合性能。本發(fā)明設(shè)計(jì)Cu-Zn-Zr合金的思路就是基于這樣的原理，以達(dá)到細(xì)小晶粒、高溫強(qiáng)度高和電阻率適宜的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是，現(xiàn)有的異步牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條材料使用的Cu-Zn合金不具備足夠的高溫強(qiáng)度，影響了異步牽引電機(jī)的性能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種異步牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅材料，其化學(xué)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(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)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(xué)組成及其重量百分比對(duì)各合金元素配比，選擇并稱取相應(yīng)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(hào)鋅，純度大于99.95％。

2)熔煉：采用非真空中頻感應(yīng)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(guī)格。

一種利用上述異步牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅材料制備導(dǎo)條的方法為：

1)配料：按照所述材料化學(xué)組成及其重量百分比對(duì)各合金元素配比，選擇并稱取相應(yīng)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(yīng)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(guī)格；

4)將所述鑄錠進(jìn)行熱擠壓、冷拉拔和去應(yīng)力退火處理，得到所述導(dǎo)條。

進(jìn)一步地，在上述方案中，所述熱擠壓工藝參數(shù)為：鑄錠預(yù)加熱至780℃-850℃，開始擠壓溫度不低于780℃，擠壓工裝及模具預(yù)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(jìn)一步地，在上述方案中，所述冷拉拔的冷變形量25％-30％，獲得導(dǎo)條所需的拉拔型材。

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

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明獲得的導(dǎo)條型材晶粒細(xì)小均勻，同時(shí)保持了Cu-Zn黃銅電性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。與現(xiàn)有Cu-Zn黃銅導(dǎo)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(dǎo)率可根據(jù)不同的Zn含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且較穩(wěn)定。

2、本發(fā)明獲得的Cu-Zn-Zr合金導(dǎo)條型材，具有良好的室溫力學(xué)性能和抗高溫軟化性能。與現(xiàn)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(qiáng)度較Cu-Zn合金提高7％左右，350℃高溫抗拉強(qiáng)度較Cu-Zn合金提高13％左右。

3、本發(fā)明銅合金導(dǎo)條可以滿足異步牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高、工作溫度高、穩(wěn)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(shí)，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，節(jié)能降耗，降低制造成本。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

一種異步牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅材料，其化學(xué)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(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅材料制備導(dǎo)條：

配料：按照所述材料化學(xué)組成及其重量百分比對(duì)各合金元素配比，選擇并稱取相應(yīng)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(yīng)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(guī)格；

熱擠壓：鑄錠預(yù)加熱至780℃，開始擠壓溫度不低于780℃，擠壓工裝及模具預(yù)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(dǎo)條所需的拉拔型材；

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

性能測(cè)試：退火后得到的型材加工成測(cè)試試樣后，進(jìn)行室溫機(jī)械性能(包括抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率)測(cè)試、350℃高溫機(jī)械性能測(cè)試、晶粒度測(cè)試和電性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

實(shí)施例2

一種異步牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅材料，其化學(xué)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(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅材料制備導(dǎo)條：

配料：按照所述材料化學(xué)組成及其重量百分比對(duì)各合金元素配比，選擇并稱取相應(yīng)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(yīng)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(guī)格；

熱擠壓：鑄錠預(yù)加熱至820℃，開始擠壓溫度不低于780℃，擠壓工裝及模具預(yù)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(dǎo)條所需的拉拔型材；

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

性能測(cè)試：退火后得到的型材加工成測(cè)試試樣后，進(jìn)行室溫機(jī)械性能(包括抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率)測(cè)試、350℃高溫機(jī)械性能測(cè)試、晶粒度測(cè)試和電性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

實(shí)施例3

一種異步牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅材料，其化學(xué)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(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條用含鋯黃銅材料制備導(dǎo)條：

配料：按照所述材料化學(xué)組成及其重量百分比對(duì)各合金元素配比，選擇并稱取相應(yīng)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(yīng)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(guī)格；

熱擠壓：鑄錠預(yù)加熱至850℃，開始擠壓溫度不低于780℃，擠壓工裝及模具預(yù)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(dǎo)條所需的拉拔型材；

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

性能測(cè)試：退火后得到的型材加工成測(cè)試試樣后，進(jìn)行室溫機(jī)械性能(包括抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率)測(cè)試、350℃高溫機(jī)械性能測(cè)試、晶粒度測(cè)試和電性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

對(duì)比例

本對(duì)比例中，采用與實(shí)施例2相同的制備方法制備現(xiàn)有的Cu-Zn合金，并對(duì)Cu-Zn合金進(jìn)行機(jī)械性能、晶粒度和電性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1

如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，但上述實(shí)例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡以本發(fā)明內(nèi)容所作的變化與修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)的范圍所涵蓋。