銅鎂接觸線生產(chǎn)工藝初步探討
三豐機(jī)電--曾漢輝 摘編
前 言:
金屬材料的強(qiáng)化途徑不外兩個(gè),
A。強(qiáng)化途徑是向晶體內(nèi)引入大量晶體缺陷,如位錯(cuò)、點(diǎn)缺陷、異類原子、晶界、高度彌散的質(zhì)點(diǎn)或不均勻性(如偏聚)等,這些缺陷阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),也會(huì)明顯地提高金屬強(qiáng)度。
B。是提高合金的原子間結(jié)合力,提高其理論強(qiáng)度,并制得無缺陷的完整晶體,如晶須。
事實(shí)證明,這是提高金屬強(qiáng)度最有效的途徑。對(duì)工程材料來說,一般是通過綜合的強(qiáng)化效應(yīng)以達(dá)到較好的綜合性能。具體方法有固溶強(qiáng)化、形變強(qiáng)化(冷作硬化)、細(xì)化晶粒強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化(析出強(qiáng)化)彌散強(qiáng)化、擇優(yōu)取向強(qiáng)化、復(fù)相強(qiáng)化、纖維強(qiáng)化和相變強(qiáng)化等,這些方法往往是共存的。
(1)形變強(qiáng)化,即通過塑性變形使銅合金的強(qiáng)度和硬度得以提高,它是最常用的銅合金強(qiáng)化手段之一。由于冷加工產(chǎn)生的晶體缺陷對(duì)材料的導(dǎo)電性影響不大,這種強(qiáng)化方式在提高強(qiáng)度的同時(shí)仍使合金具有很高的導(dǎo)電性。形變強(qiáng)化的特點(diǎn)是在材料強(qiáng)度上升的同時(shí),其塑性迅速下降,導(dǎo)電率也會(huì)因位錯(cuò)密度的增加而略有下降。另外,當(dāng)使用溫度上升時(shí),材料會(huì)發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶過程而軟化,而且單一的形變強(qiáng)化使合金的強(qiáng)度提高的幅度有限,所以常和其它強(qiáng)化方式同時(shí)使用。在基體中加入某些微量元素使之合金化不但可以使合金得到強(qiáng)化,而且對(duì)發(fā)展耐磨蝕材料也是一種有效手段。這些微量元素有的通過固溶,有的通過形成彌散相,有的通過凈化基體組織而對(duì)合金起強(qiáng)化作用,但均不明顯降低其耐蝕性,從而起到了提高合金綜合性能的目的。
(2)細(xì)晶強(qiáng)化,其效果可以用晶粒尺寸減小作用,合金的強(qiáng)度提高。這是因?yàn)槎嗑w在受力變形過程中,位錯(cuò)被晶界阻擋而塞積在晶界表面,這樣停留在晶界處的滑移帶在位錯(cuò)塞積群的頂部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中;位錯(cuò)塞積群可以與外加應(yīng)力發(fā)生作用,當(dāng)該應(yīng)力大到足以開動(dòng)近鄰晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)源進(jìn),滑移帶才能從一個(gè)晶粒傳到下一個(gè)晶粒。由于晶界及相鄰晶粒取向不同,這就阻礙了位錯(cuò)從一個(gè)晶粒傳到下一個(gè)晶粒的運(yùn)動(dòng),晶粒越細(xì),單位體積內(nèi)的晶界體積就越大,對(duì)位錯(cuò)的阻力也越大,材料的強(qiáng)度就越高,由于晶體的傳導(dǎo)性能與結(jié)晶取向無關(guān),晶粒細(xì)化僅使晶界增多,因而對(duì)銅的導(dǎo)電性能影響很小。此外細(xì)晶強(qiáng)化在提高材料強(qiáng)度的同時(shí)還可以提高材料的塑性。這是由開晶粒細(xì)化后,材料變形時(shí)晶界處位錯(cuò)塞積所造成的應(yīng)力集中可以得到有效緩解,推遲了裂紋的萌生,在材料斷裂前可以實(shí)現(xiàn)較大的變形量。
為了得到細(xì)晶粒組織,有幾種方法可以采用:改變結(jié)晶過程中的凝固條件,如快速凝固法;形變配合再結(jié)晶細(xì)化晶粒;強(qiáng)塑性變形法,利用脫溶反應(yīng),紡錘分解、粉末燒結(jié)、內(nèi)氧化等方法在合金內(nèi)產(chǎn)生彌散的第二相以限制基體組織的晶粒長(zhǎng)大;能過同素導(dǎo)形轉(zhuǎn)變的多次反復(fù)實(shí)現(xiàn)晶粒的細(xì)化;通過加入某種微量合金元素來細(xì)化晶粒,稀土對(duì)銅合金晶粒有明顯細(xì)化作用,可以顯著細(xì)化銅合金晶粒。
(3)綜合強(qiáng)化,在實(shí)際生產(chǎn)中,強(qiáng)化金屬材料大都是同時(shí)采用幾種強(qiáng)化方法的綜合強(qiáng)化,以充分發(fā)揮強(qiáng)化能力。例如:固溶強(qiáng)化+形變強(qiáng)化,常用于固溶體系合金的強(qiáng)化,例如銅鎂合金、銅錫合金、銅銀合金等;固溶強(qiáng)化+沉淀強(qiáng)化+形變強(qiáng)化,對(duì)于高溫承壓元件常采用這種方法,以提高材料的高溫性能,例如銅鉻合金系。還有利用固溶強(qiáng)化+細(xì)晶強(qiáng)化+形變強(qiáng)化,例如目前采用的擠壓工藝實(shí)現(xiàn)細(xì)晶組織結(jié)構(gòu),達(dá)到強(qiáng)化效果,可以采用此強(qiáng)化工藝的接觸線合金為銅錫、銅鎂以及銅銀等等。
在探討中,發(fā)現(xiàn)通過擠壓工藝可以實(shí)現(xiàn)銅合金的再結(jié)晶,實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化效果,能夠有效地提高合金的機(jī)械強(qiáng)度,因此采用了固溶強(qiáng)化+細(xì)晶強(qiáng)化+形變強(qiáng)化的綜合強(qiáng)化措施,可以避免沉淀強(qiáng)化所帶來的合金熔煉問題和熱處理問題。
銅鎂合金應(yīng)用基礎(chǔ)
本次課題的研究主要集中于銅鎂合金接觸線的制備和工藝,銅鎂合金接觸線和承力索產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外高速鐵路建設(shè)中,銅鎂合金熔煉技術(shù)在長(zhǎng)期的生產(chǎn)中已經(jīng)被人們掌握,其穩(wěn)定性、高強(qiáng)度等優(yōu)秀品質(zhì)在長(zhǎng)期使用中也被證實(shí)。歐洲高速鐵路接觸網(wǎng)線材基本上采用銅鎂合金,國(guó)內(nèi)時(shí)速300-350公里高速鐵路也基本上采用銅鎂合金線。由于銅鎂合金特性已被人們熟知,因此在既有銅鎂合金材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行深化研究得到的接觸線產(chǎn)品更被人們接受。