專利名稱：電機端環(huán)材料及其用該材料制作電機端環(huán)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機端環(huán)材料及其用該材料制作電機端環(huán)的方法，更具體地講是一種對鐵路高速牽引電機的端環(huán)用的材料選擇及其用所選擇的材料制作端環(huán)的方法，屬于電機的新材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
常規(guī)的鐵路高速牽引電機的端環(huán)所使用的材料為純銅制作，用純銅制成的電機端環(huán)雖然無硬度是其一大欠缺，但由于其具有良好的電機性能，指標為導(dǎo)電率(MS/m)57.5、抗拉強度(Mpa)195、延伸率(％)30，因此基本能滿足常規(guī)牽引電機的總體使用要求。然而，由于目前鐵路運輸量與日俱增，列車的速度越來越快，我國鐵道部門已多次提速，但仍不能滿足日益增長的運輸量的要求。
由于列車的速度越來越快，從而對牽引電機的要求也日益嚴苛，常規(guī)的鐵路牽引電機已無法滿足高速列車的需要。因為，由于現(xiàn)有的鐵路高速牽引電機的端環(huán)采用純銅制作，在銀焊或銅焊時，需要升溫至560℃以上才可能焊接，因此材質(zhì)內(nèi)部金相組織發(fā)生變化，使晶粒變粗，機械強度降低，甚至出現(xiàn)斷裂，在使用過程中還經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)熱，使電機的使用壽命大大縮短。
采用合金銅材料來替代純銅材料不失為是一種有益之舉，因為合金銅材料如鉻鋯銅材料具有硬度高、導(dǎo)電性能好、晶粒細小均勻、耐高溫(軟化溫度)。然而，由于目前的鉻鋯銅材料的硬度為HRB75、導(dǎo)電率(MS/m)43、延伸率(％)≥10％、軟化溫度(℃)550，因此硬度、導(dǎo)電率、軟化溫度最低值以及金相組織方面仍是欠缺的。
鑒于上述因素，目前我國對于鐵路高速牽引電機端環(huán)仍處于依賴進口的階段，因此十分有必要站在產(chǎn)業(yè)自主的高度進行探索，藉以使鉻鋯銅材料彌補所述不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種適應(yīng)于鐵路高速牽引電機應(yīng)用的具有理想的硬度、導(dǎo)電率、軟化溫度、抗拉強度、屈服強度、金相組織細小均勻的電機端環(huán)材料。
本發(fā)明的任務(wù)還在于提供一種制作電機端環(huán)的方法，該方法能保障端環(huán)具有所需的機械物理性能。
本發(fā)明所供的電機端環(huán)材料的特征在于其是以陰極銅、鉻粉、鋯粉作為主原料，以鎂作為除氧劑，主原料按重量百分比為陰極銅99-99.47％、鉻粉0.4-0.8％、鋯粉0.08-0.20％；除氧劑按重量百分比為鎂0.05-0.10％。
本發(fā)明所述的陰極銅為標準陰極銅。
本發(fā)明所述的陰極銅為高純陰極銅。
本發(fā)明所述的鉻粉為過篩的并且純度≥99.5％的鉻粉。
本發(fā)明所述的鋯粉為過篩的并且純度≥98.5％的鋯粉。
本發(fā)明所述的過篩為過40目篩。
本發(fā)明所述的過篩為過40目篩。
本發(fā)明提供的用上述電機端環(huán)材料制作電機端環(huán)的方法包括以下步驟A)原料配制，以陰極銅、鉻粉、鋯粉作為主原料，以鎂作為除氧劑，其中主原料組份(按重量百分)陰極銅99-99.47％、鉻粉0.4-0.8％、鋯粉0.08-0.20％；除氧劑組份(按重量百分)鎂0.05-0.1％；B)將按前述配制的原料混合后放入真空爐中熔煉，當(dāng)爐溫達1200-1300℃時出爐，澆注到鑄模中，待冷卻后脫模，得鑄錠坯；C)先對鑄錠坯作表面清理，然后裝入電爐熱鍛成形，得到鍛坯；D)對鍛坯固溶處理，固溶時間為12-30S、固溶溫度為960-1010℃、保溫時間為0.5-2h；E)冷鍛，并且控制冷鍛壓縮比，得冷鍛坯；F)時效處理，將冷鍛坯放入電爐，在460-480℃時保溫100-140min，出爐、冷卻，得電機端環(huán)初坯；G)對電機端環(huán)初坯進行金加工，待到電機端環(huán)成品。
在本發(fā)明的一個實施例中，步驟B)中所述的鑄模為圓形鑄模。
在本發(fā)明的另一個實施例中，步驟E)中所述的壓縮比為30％～50％。
本發(fā)明所推薦的電機端環(huán)材料原料選擇合理；方法步驟簡單，所得到的電機端環(huán)的硬度達75-78HRB、導(dǎo)電率達44-46MS/m、軟化溫度最低值達600-620℃、抗拉強度達410-430Mpa、屈服強度達310-340Mpa、延伸率15-18％、金相組織細小均勻、晶粒平均直徑≤200μm，從而能有效地避免端環(huán)在焊接時出現(xiàn)材料晶粒變粗、機械強度降低、斷裂以及避免在電機長時間連續(xù)高速運轉(zhuǎn)后的發(fā)熱，滿足了鐵路高速電機對端環(huán)的各項機械物理性能要求。
附用說明

圖1為本發(fā)明方法的工藝流程圖。
圖2為本發(fā)明方法的實施例所得到的電機端環(huán)的示意圖具體實施方式
實施例1按圖1所示工藝流程以制作由圖2所示的規(guī)格為φ315mm×φ235mm×20mm的電機端環(huán)為例。
A)原料配制，按重量百分比準確稱取符合標準GB467-1997國家標準要求的標準陰極銅99.2％、過40篩的純度為99.5％以上的優(yōu)選為中國遼寧省錦州市鐵合金廠生產(chǎn)、銷售的符合GB2211-87國家標準要求的鉻粉0.6％和同樣由錦州鐵合金廠生產(chǎn)銷售的過40目篩的純度為98.5％以上的且滿足YB69-65中國冶金標準要求的海綿鋯0.15％以及由中國江蘇省蘇州市蘇州天益金屬材料有限公司生產(chǎn)的牌號為MG32A的鎂0.05％；B)先將由步驟A)所配制的原料混合，并且充分混勻，然后放入真空爐中熔煉，當(dāng)爐溫達到1250℃時出爐，澆注到圓形的鑄模中，待冷卻后脫模，得到鑄錠坯；C)先對由步驟B)所得到的鑄錠坯進行表面清理，具體是鋸除澆冒口，用車床或類似設(shè)備車削掉(車削去除)外層氧化皮，鋸斷即落料，然后裝入電爐內(nèi)熱鍛成形，得到φ304mm×φ215mm×35mm的鍛坯；D)對由步驟C)所得到的鍛坯作固溶處理，具體是采用鹽溶池對鍛坯鹽溶處理，鹽浴濃度應(yīng)符合波美11±2℃，水溫控制在40℃以下，固溶時間為15S，當(dāng)固溶溫度達到970℃時開始保溫60min，然后將鍛坯置于鹽浴池中，使其充分冷卻后付諸下一步驟，前述固溶溫度及保溫時間可增加鉻、鋯元素在銅中的固溶量，鉻鋯銅(Cr+Cu3Zr)顆粒均勻彌散析出，十分有利有改善合金的強度；E)冷鍛，對由步驟D)處理后的鍛坯進行冷鍛，冷鍛壓縮比為31％，得到φ312mm×φ227mm×25mm的冷鍛坯；F)時效處理，將由步驟E)所得到的冷鍛坯放入電爐，當(dāng)升溫到470℃時保溫120min，出爐、空冷，得電機端坯初坯；G)對由步驟F)所得到的電機端環(huán)初坯進行金加工，具體是按用戶圖紙要求即按制作規(guī)格所要求的尺寸φ315mm×φ235mm×20mm進行切削，得到由圖2所示的電機端環(huán)成品。
實施例2按圖1所示工藝流程以制作規(guī)格為φ173mm×φ128mm×15mm的電機端環(huán)為例。
A)原料配制，按重量百分比準確稱取符合標準GB467-1997國家標準要求的標準陰極銅99.4％、過40篩的純度為99.5％以上的優(yōu)選為中國遼寧省錦州市鐵合金廠生產(chǎn)、銷售的符合GB2211-87國家標準要求的鉻粉0.7％和同樣由錦州鐵合金廠生產(chǎn)銷售的過40目篩的純度為98.5％以上的且滿足YB69-65中國冶金標準要求的海綿鋯0.15％以及由中國江蘇省蘇州市蘇州天益金屬材料有限公司生產(chǎn)的牌號為MG32A的鎂0.08％；B)先將由步驟A)所配制的原料混合，并且充分混勻，然后放入真空爐中熔煉，當(dāng)爐溫達到1260℃時出爐，澆注到圓形的鑄模中，待冷卻后脫模，得到鑄錠坯；C)先對由步驟B)所得到的鑄錠坯進行表面清理，具體是鋸除澆冒口，用車床或類似設(shè)備車削掉(車削去除)外層氧化皮，鋸斷即落料，然后裝入電爐內(nèi)熱鍛成形，得到φ178mm×φ128mm×19mm的鍛坯；D)對由步驟C)所得到的鍛坯作固溶處理，具體是采用鹽溶池對鍛坯鹽溶處理，鹽浴濃度應(yīng)符合波美11±2℃，水溫控制在40℃以下，固溶時間為12S，當(dāng)固溶溫度達到980℃時開始保溫70min，然后將鍛坯置于鹽浴池中，使其充分冷卻后付諸下一步驟，前述固溶溫度及保溫時間可增加鉻、鋯元素在銅中的固溶量，鉻鋯銅(Cr+Cu3Zr)顆粒均勻彌散析出，十分有利有改善合金的強度；E)冷鍛，對由步驟D)處理后的鍛坯進行冷鍛，冷鍛壓縮比為32％，得到φ173mm×φ128mm×15mm的冷鍛坯；F)時效處理，將由步驟E)所得到的冷鍛坯放入電爐，當(dāng)升溫到480℃時保溫130min，出爐、空冷，得電機端坯初坯；G)對由步驟F)所得到的電機端環(huán)初坯進行金加工，具體是按用戶圖紙要求即按制作規(guī)格所要求的尺寸φ173mm×φ128mm×15mm進行切削，得到形狀如圖2所示的但尺寸變化為φ173mm×φ128mm×15mm的電機端環(huán)成品。
實施例3按圖1所示工藝流程以制作規(guī)格為φ185mm×φ120mm×20mm的電機端環(huán)為例。
A)原料配制，按重量百分比準確稱取符合標準GB467-1997國家標準要求的標準陰極銅99.4％、過40篩的純度為99.5％以上的優(yōu)選為中國遼寧省錦州市鐵合金廠生產(chǎn)、銷售的符合GB2211-87國家標準要求的鉻粉0.7％和同樣由錦州鐵合金廠生產(chǎn)銷售的過40目篩的純度為98.5％以上的且滿足YB69-65中國冶金標準要求的海綿鋯0.12％以及由中國江蘇省蘇州市蘇州天益金屬材料有限公司生產(chǎn)的牌號為MG32A的鎂0.08％；B)先將由步驟A)所配制的原料混合，并且充分混勻，然后放入真空爐中熔煉，當(dāng)爐溫達到1280℃時出爐，澆注到圓形的鑄模中，待冷卻后脫模，得到鑄錠坯；C)先對由步驟B)所得到的鑄錠坯進行表面清理，具體是鋸除澆冒口，用車床或類似設(shè)備車削掉(車削去除)外層氧化皮，鋸斷即落料，然后裝入電爐內(nèi)熱鍛成形，得到φ190mm×φ114mm×26mm的鍛坯；D)對由步驟C)所得到的鍛坯作固溶處理，具體是采用鹽溶池對鍛坯鹽溶處理，鹽浴濃度應(yīng)符合波美11±2℃，水溫控制在40℃以下，固溶時間為14S，當(dāng)固溶溫度達到990℃時開始保溫60min，然后將鍛坯置于鹽浴池中，使其充分冷卻后付諸下一步驟，前述固溶溫度及保溫時間可增加鉻、鋯元素在銅中的固溶量，鉻鋯銅(Cr+Cu3Zr)顆粒均勻彌散析出，十分有利有改善合金的強度；E)冷鍛，對由步驟D)處理后的鍛坯進行冷鍛，冷鍛壓縮比為34％，得到φ185mm×φ120mm×20mm的冷鍛坯；F)時效處理，將由步驟E)所得到的冷鍛坯放入電爐，當(dāng)升溫到470℃時保溫120min，出爐、空冷，得電機端坯初坯；G)對由步驟F)所得到的電機端環(huán)初坯進行金加工，具體是按用戶圖紙要求即按制作規(guī)格所要求的尺寸φ185mm×φ120mm×20mm進行切削，得到形狀類似于由圖2所示的僅尺寸變化了的電機端環(huán)成品。
實施例4按圖1所示工藝流程以制作規(guī)格為φ220mm×φ140mm×20mm的電機端環(huán)為例。
A)原料配制，按重量百分比準確稱取符合標準GB467-1997國家標準要求的標準陰極銅99.3％、過40篩的純度為99.5％以上的優(yōu)選為中國遼寧省錦州市鐵合金廠生產(chǎn)、銷售的符合GB2211-87國家標準要求的鉻粉0.6％和同樣由錦州鐵合金廠生產(chǎn)銷售的過40目篩的純度為98.5％以上的且滿足YB69-65中國冶金標準要求的海綿鋯0.15％以及由中國江蘇省蘇州市蘇州天益金屬材料有限公司生產(chǎn)的牌號為MG32A的鎂0.06％；B)先將由步驟A)所配制的原料混合，并且充分混勻，然后放入真空爐中熔煉，當(dāng)爐溫達到1270℃時出爐，澆注到圓形的鑄模中，待冷卻后脫模，得到鑄錠坯；C)先對由步驟B)所得到的鑄錠坯進行表面清理，具體是鋸除澆冒口，用車床或類似設(shè)備車削掉(車削去除)外層氧化皮，鋸斷即落料，然后裝入電爐內(nèi)熱鍛成形，得到φ228mm×φ135mm×26mm的鍛坯；D)對由步驟C)所得到的鍛坯作固溶處理，具體是采用鹽溶池對鍛坯鹽溶處理，鹽浴濃度應(yīng)符合波美11±2℃，水溫控制在40℃以下，固溶時間為15S，當(dāng)固溶溫度達到980℃時開始保溫70min，然后將鍛坯置于鹽浴池中，使其充分冷卻后付諸下一步驟，前述固溶溫度及保溫時間可增加鉻、鋯元素在銅中的固溶量，鉻鋯銅(Cr+Cu3Zr)顆粒均勻彌散析出，十分有利有改善合金的強度；E)冷鍛，對由步驟D)處理后的鍛坯進行冷鍛，冷鍛壓縮比為34％，得到φ220mm×φ140mm×20mm的冷鍛坯；F)時效處理，將由步驟E)所得到的冷鍛坯放入電爐，當(dāng)升溫到480℃時保溫130min，出爐、空冷，得電機端坯初坯；G)對由步驟F)所得到的電機端環(huán)初坯進行金加工，具體是按用戶圖紙要求即按制作規(guī)格所要求的尺寸φ220mm×φ140mm×20mm進行切削，得到形狀類似于由圖2所示的僅尺寸變化了的電機端環(huán)成品。
由上述實施例所得到的電機端環(huán)經(jīng)中國上海電器科學(xué)研究所測試，具有下表所示的機械物理性能。

權(quán)利要求
1.一種電機端環(huán)材料，其特征在于其是以陰極銅、鉻粉、鋯粉作為主原料，以鎂作為除氧劑，主原料按重量百分比為陰極銅99-99.47％、鉻粉0.4-0.8％、鋯粉0.08-0.20％；除氧劑按重量百分比為鎂0.05-0.10％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機端環(huán)材料，其特征在于所述的陰極銅為標準陰極銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機端環(huán)材料，其特征在于所述的陰極銅為高純陰極銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機端環(huán)材料，其特征在于所述的鉻粉為過篩的并且純度≥99.5％的鉻粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機端環(huán)材料，其特征在于所述的鋯粉為過篩的并且純度≥98.5％的鋯粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機端環(huán)材料，其特征在于所述的過篩為過40目篩。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機端環(huán)材料，其特征在于所述的過篩為過40目篩。
8.一種由如權(quán)利要求1所述的電機端環(huán)材料制作電機端環(huán)的方法，其特征在于包括以下步驟A)原料配制，以陰極銅、鉻粉、鋯粉作為主原料，以鎂作為除氧劑，其中主原料組份(按重量百分)陰極銅99-99.47％、鉻粉0.4-0.8％、鋯粉0.08-0.20％；除氧劑組份(按重量百分)鎂0.05-0.1％；B)將按前述配制的原料混合后放入真空爐中熔煉，當(dāng)爐溫達1200-1300℃時出爐，澆注到鑄模中，待冷卻后脫模，得鑄錠坯；C)先對鑄錠坯作表面清理，然后裝入電爐熱鍛成形，得到鍛坯；D)對鍛坯固溶處理，固溶時間為12-30S、固溶溫度為960-1010℃、保溫時間為0.5-2h；E)冷鍛，并且控制冷鍛壓縮比，得冷鍛坯；F)時效處理，將冷鍛坯放入電爐，在460-480℃時保溫100-140min，出爐、冷卻，得電機端環(huán)初坯；G)對電機端環(huán)初坯進行金加工，待到電機端環(huán)成品。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電機端環(huán)材料制作電機端環(huán)的方法，其特征在于步驟B)中所述的鑄模為圓形鑄模。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電機端環(huán)材料制作電機端環(huán)的方法，其特征在于步驟E)中所述的壓縮比為30％～50％。
全文摘要
一種電機端環(huán)材料及其用該材料制作電機端環(huán)的方法，屬于電機的新材料技術(shù)領(lǐng)域。其是以陰極銅、鉻粉、鋯粉作為主原料，以鎂作為除氧劑，主原料按重量百分比為陰極銅99－99.47％、鉻粉0.4－0.8％、鋯粉0.08－0.20％；除氧劑按重量百分比為鎂0.05－0.10％。優(yōu)點原料選擇合理；方法步驟簡單，所得到的電機端環(huán)的硬度達75－78HRB、導(dǎo)電率達44－46MS/m、軟化溫度最低值達600－620℃、抗拉強度達410－430Mpa、屈服強度達310－340Mpa、延伸率15－18％、金相組織細小均勻、晶粒平均直徑≤200μm，從而能有效地避免端環(huán)在焊接時出現(xiàn)材料晶粒變粗、機械強度降低、斷裂以及避免在電機長時間連續(xù)高速運轉(zhuǎn)后的發(fā)熱，滿足了鐵路高速電機對端環(huán)的各項機械物理性能要求。
文檔編號H01B1/02GK101022227SQ20071002029
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月16日
發(fā)明者譚建元 申請人:中外合資常熟明輝焊接器材有限公司