[发明专利]一种耐热铜合金的半连续金属铸造工艺及其应用

说明书

本发明公开了一种耐热铜合金的半连续金属铸造工艺及其应用，该铜合金的重量百分比组成为：Ni：0.1‑5.0wt％，Al：0.01‑0.5wt％，Si：0.01‑2.0wt％，Cr：0.01‑1.0wt％，Cu：余量，该铜合金型材的制备过程为：配料—熔炼—热挤压—冷拉拔—时效处理。本发明在含有Ni、Al的铜合金材料基础上，进一步加入Si、Cr元素，采用半连续铸造平衡各金属元素之间的合理配比，提高镍硅铜合金的性能，开发出一种无Be，无Co的CuNi2SiCrAl高性能铜合金，用来替代铍钴铜系列合金，同时材料的原材料成本得到大幅下降，该发明铜合金可以应用于汽轮发电机槽楔铜合金部件。

技术领域

本发明涉及铜合金制造加工技术领域，具体是涉及一种耐热铜合金的半连续金属铸造工艺及其应用。

背景技术

随着电力的需求量快速增长，大容量发电机组设计越来越被重视，但一些关键零部件比如发电机转子槽楔铜合金，主要依赖进口，发电机转子是汽轮发电机组中最关键的核心构件，工作时，汽轮发电机转子在高速运转时产生巨大的离心力，同时在转子电流产生的磁场作用下，会在转子表面产生较大的感应电流，这种电流在通过转子槽楔铜合金时会使其产生较高的温度，在停机及蠕变的重叠作用下产生裂痕，并可能促使裂纹进一步发展，从而造成槽楔合金断裂酿成槽楔飞脱，不仅可能使价值上亿元的发电机组爆炸，还会造成重大的人员伤亡事故。

目前槽楔广泛使用的CuCo2BeZr、CuNi2Be等合金在性能上已达到了同类进口产品的水平，但是Be元素有毒，在熔铸、热处理过程中产生的微量蒸汽会对人体和环境产生较大的毒害作用，国际上早就呼吁研制无Be合金以替代有Be合金。

因此需要自主研制性能优良的电机用槽楔合金替代进口材料，将槽楔铜合金加工成型，安装在槽楔内，以压紧发电机转子纵向横向安置的大量铜导线，防止导线向外飞脱，且耐高温性能强，不会造成槽楔合金的蠕变强度和疲劳强度降低，减小风险，同时用适量的其它元素部分或全部替代Be，研制低Be合金或无Be合金。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种耐热铜合金的半连续金属铸造工艺及其应用。

本发明的技术方案是：一种耐热铜合金的半连续金属铸造工艺，包括以下步骤：

S1配料：按照成分配比称取Cu、Ni、Al、Si、Cr，其中各金属成分的质量百分比组成为Ni：0.1-5.0wt％，Al：0.01-0.5wt％，Si：0.01-2.0wt％，Cr：0.01-1.0wt％，Cu：余量，所述Cu、Ni、Al、Si、Cr元素的总含量大于99.96％；

S2熔炼：将配料后的各金属成分采用半连续铸造进行熔炼，在熔炼过程中中间合金按照熔点高低以及易氧化烧损程度先后分别加入坩埚内，制造规格为直径200的铸锭；

S3热挤压：将步骤S2所制铸锭在900-950℃下进行热挤压得到变形前的毛坯；

S4冷拉拔：将得到的毛坯进行一次冷拉拔，拉拔速度5-8mm/min，拉拔变形量为15-35％；

S5时效处理：将冷拉拔后的毛坯进行时效处理，时效处理的具体步骤包括：

S5-1低温时效处理：将冷拉拔后的毛坯放入真空气氛保护炉中，封盖抽真空至10^-1MPa，送电加热，功率35-40kW，以5-10℃/min的升温速度加热至150-200℃进行低温时效处理，保温2-4h；

S5-2高温时效处理：将低温时效处理后的毛坯继续处理，在炉中充入氩气0.09MPa，随后将加热功率提高至45-50kW，以10-15℃/min的升温速度使毛坯随炉加热至设定温度400-600℃，保温4-8h；