軌道交通用牽引電動機轉(zhuǎn)子銅合金部件制備及其相關基礎研究.pdf

1、研究開發(fā)了多種適用于地鐵、輕軌和高速列車變頻調(diào)速交流異步牽引電動機轉(zhuǎn)子的Cu-Zn-Cr-Zr-RE導條合金、Cu-Cr-Zr-RE端環(huán)合金和Cu-Al-Fe-Ni-（Zr+RE）護環(huán)合金及導條與端環(huán)焊接用Ag-Cu-Zn-RE-X配用焊絲，并研究了合金相應的熔煉鑄造、熱擠壓、熱鍛及時效處理等工藝制度及這些過程中組織和性能變化規(guī)律等一系列問題。采用硬度測試，室溫與高溫拉伸、電阻率測量、X射線物相分析（XRD）、金相（OM）、電子顯微分析

2、方法（TEM、SEM）和熱模擬，運用Deform軟件進行的模型數(shù)學計算等多種方法和手段，采用實驗和理論相結(jié)合的方法，研究了新型銅合金在整個制備環(huán)節(jié)中的性能和組織變化規(guī)律，獲得了下列重要結(jié)論： 1.利用Cu-Zn合金固溶體基體電導性能隨Zn含量的變化連續(xù)穩(wěn)定可調(diào)的特性，采用微合金化技術和擠壓-在線淬火-冷拉成型-時效的形變熱處理技術，研制開發(fā)了一種高強中導Cu-Zn-Cr-Zr-RE合金導條，最佳制備工藝為擠壓-在線水淬-30～4

3、0％冷拉變形-450℃/4h時效，在此條件下，合金的室溫力學性能和電學性能分別為σb=467MPa，σ0.2=390MPa，δ5=20.8％，σr=64.6％IACS。350℃試驗溫度下σb和σ0.2仍分別保持在274MPa和250MPa左右，滿足了軌道交通用大功率調(diào)頻調(diào)速異步牽引電動機轉(zhuǎn)子組件的設計要求。 2.設計并實現(xiàn)了導條熱擠壓-在線淬火，解決了超長件導條擠壓坯在線淬火的難題，保證了后續(xù)冷變形時效這種形變熱處理強化技術的實

4、施。 3.研究合金的強化機制包括固溶強化、析出強化和形變熱處理強化。形變熱處理工藝可大大提高合金時效后的最終強度，冷拉后的合金時效過程中受到析出和再結(jié)晶過程交互作用的影響。析出的第二相粒子不僅強化了基體而且一定程度上抑制了再結(jié)晶的進行，從而使合金的強度進一步提高。 4.冷變形-時效過程中影響合金電導率變化的主要因素包括過飽和固溶體的分解和析出以及回復-再結(jié)晶過程，合金的高導電性來源于時效后高電導率基體與析出粒子組成的彌散

5、型復相結(jié)構。 5.對不宜采用形變熱處理技術強化的高強高導大規(guī)格端環(huán)銅合金，采取相對較高的鉻、鋯含量并結(jié)合強化固溶-時效工藝，可以獲得較好的綜合性能。銅合金端環(huán)最佳制備工藝為熱鍛-980℃/1h強化-450℃/4h時效，其中熱鍛工藝為始鍛溫度控制在850℃，終鍛溫度不低于650℃，道次鍛造變形量約40％。在此條件下，合金的室溫力學性能和電學性能分別為σb=388MPa，σ0.2=315MPa，δ5=27.8％，σr=84.5％IA

6、CS。在350℃試驗溫度下σb和σ0.2仍分別保持在200MPa和165MPa以上。研制的端環(huán)滿足了軌道交通用大功率調(diào)頻調(diào)速異步牽引電動機轉(zhuǎn)子組件的設計要求。 6.采用微合金化技術和熱鍛-穩(wěn)定化退火處理工藝開發(fā)了一種Cu-Al-Fe-Ni-Zr-RE高強高韌大規(guī)格銅合金護環(huán)，最佳制備工藝為熱鍛-650℃/1h穩(wěn)定化退火處理，其中熱鍛工藝為始鍛溫度控制在880℃，終鍛溫度不低于680℃，道次鍛造變形量約40％。在此條件下，護環(huán)合金

7、室溫力學性能分別可達：HB=226，σb=763MPa，σ0.2=456MPa，δ5=20.3％。滿足了軌道交通用大功率調(diào)頻調(diào)速異步電動機轉(zhuǎn)子護環(huán)的性能要求。 7.依據(jù)高強高導微合金化原理和界面潤濕理論，設計并優(yōu)化了配用焊絲的合金成分，采用中頻熔煉-鑄造-擠壓-拉絲-退火技術制備了用于銅合金轉(zhuǎn)子導條-端環(huán)焊接的配用焊絲。配用焊絲的熔點、潤濕性、焊接接頭力學性能滿足導條與端環(huán)焊接構件的設計要求。 8.通過理論計算與實際模擬

8、相結(jié)合，分析了焊接過程中導條/端環(huán)溫度的變化，在此基礎上研究了實際焊接過程中導條與端環(huán)材料組織和性能的演變規(guī)律，為轉(zhuǎn)子部件的焊接提供了理論與實驗的依據(jù)。 9.實際焊接過程中，焊接接頭分為端環(huán)區(qū)、焊縫區(qū)和導條區(qū)，焊縫組織為共晶組織；端環(huán)一邊的組織會發(fā)生時效析出相的回溶，硬度和強度降低；導條靠近焊接接頭的部分則會發(fā)生再結(jié)晶和時效析出相的回溶，硬度和強度也降低，離焊縫的距離越遠，其焊接時經(jīng)受的最高溫度越低，硬度、強度性能下降越小。