[发明专利]用于电气化铁路接触网的铜合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电解铜合金，尤其涉及一种用于电气化铁路接触网的铜合金及其制备方法。

背景技术

目前，由于高速电气化铁路接触网在导电、强度、塑性、抗腐蚀、耐疲劳、热处理可加工性等机械性能有较高的要求，同时对于抗大风能力也有较高的要求。现有的用于高速电气化铁路接触网配件材料有QSi1-3、CuNi2Si等，在导电、强度、塑性、抗腐蚀、耐疲劳、热处理可加工性等机械性能能够满足要求，但对于抗大风能力一般达不到要求，且其耐腐蚀性、抗疲劳性不及C6161铜合金材料，其成本较C6161铜合金材料高10％-15％。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种用于电气化铁路接触网的铜合金及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种用于电气化铁路接触网的铜合金，其按重量百分比包括：8.0％-11％的铝，2.5％-4.5％的铁，1.0％-2.0％的镍，1.0％-2.0％的锰，0.15％-2％的5#稀土，78％-88％的铜，其中的杂质不大于0.5％。

微量元素铁(Fe)：少量铁能溶于铜-铝合金的α固溶体中，其溶解度随温度降低而减小。若合金铁含量过高，则组织中会有针状FeAl3化合物析出，使合金机械性能变坏，抗蚀性恶化，因此，在铝青铜中，铁加入量不得超过5％。合金中镍、锰、铝量增高，会使铁在α固体中的溶解度进一步降低。

铁能使铝青铜中的原子扩散速度减慢，增加β相的稳定性。少量铁对铜-铝合金β相恒温转变动力学的影响，铁对525℃附近共析体转变速度的延缓作用虽不如更低温度范围那么显著，但已能抑制引起合金变脆的“自行退火”现象，显著减少合金的脆性。铁还能细化铝青铜铸造或再结晶后的晶粒，提高机械性能。通常加入0.5-1％的铁就能使单相或两相铝青铜的晶粒变细。

微量元素镍(Ni)：镍有限固溶于铜-铝合金的α固溶体中，当含镍量超过固溶极限时，合金组织中就会出现新的κ相(NiAl)。镍对铝青铜共析转变的影响，它既提高铝青铜共析转变的温度，又使共析点成分向高铝方向移动，并可改变α相的形状。含镍较低时，α相呈针状，镍量达到3％时呈片状。在含镍的铝青铜中加入锰，有使β相得共析转变形成粒状组织的倾向。镍显著提高铝青铜的强度、硬度、热稳定性和耐蚀性。含有足够镍的铜-铝-镍-铁合金的另一优点是：它于热加工后，不须再加热淬火，即可进行时效。

铜-铝-镍-铁合金中的κ相，在室温是有序体心立方晶体格的镍-铁-铝相。它能溶入α相和β相，而且其溶解度随温度上升而增加，当温度超过925-950℃时，κ相能完全溶解。合金从高温冷却下来时，κ相在β相中析出，同时，κ相在α相中的溶解度也随着温度下降而减少，κ相也会从α相中析出，但析出温度比β相中的要低些。

铜-铝-镍-铁合金中有以下规律：

1、随着铝含量的增加，α相区缩小，β和γ2相区增大，而且防止β相分解所必需的临界冷却速度也降低；

2、随着镍量的增加，β和γ2相区缩小，κ相区增大；

3、随着含铁量的增加，γ2相区缩小，κ相区增大，共析体成分点转向高含铝量方面。

含8-12％铝、4-6％镍、4-6％铁的铜-铝-镍-铁四元合金，当温度低于950℃时，其组织中就会出现κ相，但是，κ相的析出形态是相当复杂的，它以沉淀方式而变化，可呈细粒状、块状或层状。

在铜-铝-镍-铁四元合金，κ相的析出形态对合金的机械性能有很大影响。实验表明：合金中铝、镍和铁的含量及其相互之间的比例、合金热处理条件(淬火温度、冷却速度、回火温度和时间等)均影响κ相的析出形态和合金的机械性能。当合金中同时加有4-6％的镍和铁时，则α固溶体相区被扩大，而β相区则显著缩小，此时，即使增高铝的含量，仍可得到良好的塑性。此外，合金中的镍和铁两元素的含量比例，对κ相析出形态也有明显的影响，当镍含量大于铁含量时，κ相呈层状析出，而当铁含量大于镍含量时，κ相呈块状，仅当镍和铁的含量大致相同时，κ相呈均匀分散的细粒状，有利于得到很好的机械性能。在铜-铝-镍-铁四元素中，镍和铁的含量比最好是0.9-1.1的范围。