用于異步電機(jī)的鑄銅合金的制作方法
【專利說(shuō)明】用于異步電機(jī)的鑄銅合金
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種鑄銅合金和通過(guò)初級(jí)成形制造的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)部件。更具體地，本發(fā) 明設(shè)及用于異步電機(jī)的鑄造鼠籠式轉(zhuǎn)子。
[0002] 根據(jù)專利DE503187,已知可W通過(guò)同時(shí)鑄造轉(zhuǎn)子條和短路環(huán)來(lái)制造異步電機(jī)用 鼠籠式轉(zhuǎn)子。因此轉(zhuǎn)子條和短路環(huán)形成為整體部件，其材料處于鑄態(tài)?？赡艿蔫T造方法 包括-舉例來(lái)說(shuō)-DE4329679C2公開(kāi)的壓鑄法，US7337526B2公開(kāi)的消失模鑄造法，W及 US2304067公開(kāi)的離屯、鑄造法。由于其高導(dǎo)電率，銅和銅合金是制造鑄造鼠籠式轉(zhuǎn)子的重要 材料。由于材料處于鑄態(tài)，很容易成形。因此，通過(guò)合金元素提高銅材料的強(qiáng)度具有重要意 義。另一方面，希望合金元素只是稍微降低導(dǎo)電率。此外，材料必須具有良好的可鑄性。所 使用的合金成分通常為錯(cuò)和/或銘。JP56010059A提議針對(duì)壓鑄法采用包括鋒，銘，錯(cuò)和鐵 的銅合金。
[0003] 與制造方法相關(guān)的用于鼠籠式轉(zhuǎn)子的其他銅合金是已知的，在所述制造方法中， 鼠籠式轉(zhuǎn)子不是鑄造為整體，而是由單個(gè)部件裝配而成。在運(yùn)種情況下，通過(guò)初級(jí)成形法制 造導(dǎo)條和/或短路環(huán)。例如，GB949570提議針對(duì)導(dǎo)電部件采用含有0. 1 %至0. 25%錯(cuò)的冷 成型和熱處理銅合金。JP58006950A公開(kāi)了一種銅合金，該銅合金含有鐵，鋒W及可選的錫 和憐。由該合金制成的鼠籠式轉(zhuǎn)子由熱社帶加工而成。就短路環(huán)而言，DE100146432C2公開(kāi) 了合金化化Zr和化Ni,通過(guò)添加其他元素，例如娃實(shí)現(xiàn)析出硬化，從而增加該合金的強(qiáng)度。 DE102009018951A1公開(kāi)了短路環(huán)由銅-銀合金組成的鼠籠式轉(zhuǎn)子。DE3324687A1公開(kāi)了利 用銅-銀合金制造導(dǎo)條。該文件還公開(kāi)了作為替代的銅-鋒合金。EP0652624A1描述了由 導(dǎo)條構(gòu)成的多部分結(jié)構(gòu)。就模形部分-其為徑向方向上的外部部分-而言，公開(kāi)了使用各 種銅合金，銅合金的導(dǎo)電率為至少20%IACS。本領(lǐng)域技術(shù)人員無(wú)法在文件中找到關(guān)于合金 可鑄性的任何指示。
[0004] 通過(guò)初級(jí)成形法處理的銅材料的特點(diǎn)是強(qiáng)度高于處于鑄態(tài)的銅材料的強(qiáng)度。因 此，本領(lǐng)域技術(shù)人員無(wú)法從上面提到的現(xiàn)有技術(shù)中推斷出哪種鑄態(tài)銅合金也較好地結(jié)合了 導(dǎo)電率和強(qiáng)度。
[0005] 因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供強(qiáng)度，導(dǎo)電率和可鑄性得W改善的鑄銅合金，W及 強(qiáng)度和傳導(dǎo)率得W改善的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)部件。更具體地，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的，用于異步電機(jī) 的整體鑄成鼠籠式轉(zhuǎn)子。同時(shí)，還要考慮對(duì)健康和環(huán)境的影響來(lái)選擇合金元素。更具體地， 應(yīng)當(dāng)避免選擇鉛和儒。
[0006] 借助權(quán)利要求1中的特征描述了本發(fā)明的銅合金，借助權(quán)利要求11中的特征描述 了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)部件，借助權(quán)利要求12中的特征描述了本發(fā)明的鼠籠式轉(zhuǎn)子。其他從屬權(quán) 利要求設(shè)及本發(fā)明的有益形式和發(fā)展。
[0007] 本發(fā)明包括銅合金，按重量％計(jì)，該銅合金的成分如下：
[0008] 選自由Ag,Ni,Zn,Sn和Al組成的組中的至少S種元素，每種所述元素的重量百 分比為0.05%至0.5%，
[0009] 剩余部分為化和不可避免的雜質(zhì)，
[0010] 可選地，選自由Mg,Ti,Zr,B，P，As,訊組成的組中的一種或多種元素，所述一種或 多種元素的重量百分比為0.Ol%至0. 2%。
[0011] 本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)是通過(guò)結(jié)合滲雜質(zhì)原子提高材料的強(qiáng)度。該效應(yīng)對(duì)于鑄造合金特 別有利，因?yàn)橥ㄟ^(guò)運(yùn)種方式可W在不需要其他初級(jí)成形步驟的情況下達(dá)到較高強(qiáng)度值。就 銅而言，通過(guò)元素Al,Sn,Ni和化，可W對(duì)固溶體的強(qiáng)化起到特別大的作用。如果純銅的強(qiáng) 度是通過(guò)強(qiáng)化固溶體而提高的，則添加Al和Sn是特別值得的。同樣，已知添加合金元素從 根本上會(huì)使純銅的導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率變差。但是，在固溶體形成領(lǐng)域中，銅的傳導(dǎo)率在較小程 度上受元素化，Ag,Ni,Sn和Al的影響。如果銅的導(dǎo)電率受損的程度最小，則添加化和Ag 是特別值得的。通過(guò)從由Ag,Ni,Zn,Sn和Al組成的組中合適選擇至少=種元素，可W得到 強(qiáng)度和傳導(dǎo)性特別良好組合的鑄造材料。此處，各種元素的含量應(yīng)該為至少0. 05重量％和 至多0.5重量％。在元素含量小于0.05重量％的情況下，合金元素的影響太小。優(yōu)選地， 即使在少于五種合金元素的情況下，元素含量的總和可W為至少0. 25重量％。在元素含量 大于0. 5重量％的情況下，可能導(dǎo)致合金分離或偏析，運(yùn)是不希望的。為了可靠地避免運(yùn)些 影響，各種元素的含量?jī)?yōu)選不多于0. 3重量％。通過(guò)向合金中添加=種或=種W上元素，產(chǎn) 生一種合金，該合金的烙化范圍比包括較少元素的合金的烙化范圍大。運(yùn)對(duì)材料的可鑄性 產(chǎn)生有利影響。優(yōu)選地，銅合金含有元素Ag和Sn中的至少一者。運(yùn)可W帶來(lái)特別有利的 特性。更優(yōu)選地，銅合金含有元素Ag。運(yùn)可W帶來(lái)特別有利的特性-導(dǎo)電率?？蛇x地，可W 向合金中添加0.Ol重量％至0. 2重量％的選自由Mg,Ti,Zr,B，P，As,訊組成的組中的一 種或多種元素。運(yùn)些元素引起鑄造結(jié)構(gòu)的晶粒細(xì)化，由此提高鑄造材料的強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)烙 化物脫氧，它們還能夠減少氣體吸收。為了避免元素之間不需要的互相作用，元素Mg,Ti, Zr,B，P，As，訊的含量總和可W限制為最大0.5重量％。或者，各種元素的含量可W限制為 最大0.07重量％。
[0012] 優(yōu)選地，按重量％計(jì)，銅合金的成分如下：
[0013] 選自由Ag,Ni,Zn,Sn和Al組成的組中的S種元素，每種所述元素的重量百分比 為 0.05%至 0.5%，
[0014] 剩余部分為化和不可避免的雜質(zhì)，
[0015] 可選地，選自由Mg,Ti,Zr,B，P，As,訊組成的組中的一種或多種元素，所述一種或 多種元素的重量百分比為0.Ol%至0. 2%。
[0016] 通過(guò)添加從由Ag,Ni,Zn,Sn和Al組成的組中選擇的恰好S種元素，能夠獲得足 夠多的參數(shù)變化，從而找到強(qiáng)度和傳導(dǎo)性結(jié)合特別良好的鑄造材料。在就添加恰好=種合 金元素的情況下，可W通過(guò)容易可控的方式來(lái)制造合金。優(yōu)選地，銅合金含有元素Ag。運(yùn)可 W帶來(lái)特別有利的特性-導(dǎo)電率。在所述情況下，其他兩種合金元素應(yīng)該從由元素Ni,Zn, Sn和Al組成的組中選擇。已發(fā)現(xiàn)，下面的合金元素組合特別有吸引力： 陽(yáng)017] a)含有Ag,Ni和化的銅合金，所述Ag,Ni和化中每一者的含量為0.05重量％ 至0. 5重量％ ; 陽(yáng)01引 b)含有Ag,Sn和Ni的銅合金，所述Ag,Sn和Ni中每一者的含量為0.05重量％ 至0. 5重量％ ;
[0019] C)含有Ag,化和Al的銅合金，所述Ag,化和Al中每一者的含量為0.05重量％ 至0. 5重量％。
[0020] 優(yōu)選地，Ag的含量不高于0. 15重量％。
[0021] 出乎意料，下面的元素組合也產(chǎn)生具有優(yōu)良特性的合金： 陽(yáng)02引 d)含有Sn,化和Al的銅合金，所述Ag,化和Al中每一者的含量為0. 05重量％ 至0. 5重量％。
[0023] 上面稱為a)，b)，C)和d)的合金可選地補(bǔ)充有0.Ol重量％至0. 2重量％的選自 由Mg,Ti,Zr,B，P，As,訊組成的組中的一種或多種元素。
[0024] 優(yōu)選地，按重量％計(jì)，銅合金的成分如下： 陽(yáng)0巧]選自由Ag,Ni,Zn,Sn和Al組成的組中的S種元素，每種所述元素的重量百分比 為 0.06%至 0.3%，
[0026] 剩余部分為化和不可避免的雜質(zhì)，
[0027] 可選地，選自由Mg,Ti,Zr,B，P，As,訊組成的組中的一種或多種元素，所述一種或 多種元素的重量百分比為0.Ol%至0. 2%。
[0028] 就從由Ag,Ni,Zn,Sn和Al組成的組中選擇的元素而言，在含量低于0. 06重量％ 的情況下，強(qiáng)度的提高并非總是足夠的。在元素含量高于0.3重量％的情況下，導(dǎo)電率降低 的太多，例如，降到70%IACSW下。優(yōu)選地，從由Ag,Ni,Zn,Sn和Al組成的組中選擇的元 素的比例的總和為至少0. 20重量％，并且不大于0. 75重量％。運(yùn)樣就產(chǎn)生了一種合金，在 鑄態(tài)下，該合金的強(qiáng)度和導(dǎo)電率的組合特性特別良好。更優(yōu)選地，由于成本的原因，Ag的含 量不高于0. 15重量％。
[0029] 更優(yōu)選地，按重量％計(jì)，銅合金的成分如下：
[0030] 選自由Ag,Ni,Zn,Sn和Al組成的組中的S種元素，每種所述元素的重量百分比 為 0.06%至 0. 15%，
[0031] 剩余部分為化和不可避免的雜質(zhì)，
[0032] 可選地，選自由Mg,Ti,Zr,B，P，As,訊組成的組中的一種或