CN108467954A - 一种隔离开关触片用铬青铜材料的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔离开关触片用铬青铜材料的制造方法，所述铬青铜材料的化学组成及重量百分比为：Cr：0.4％‑1.0％，Al：0.1％‑0.3％，Mg：0.1％‑0.3％，Cu：余量；所述铬青铜材料的制备方法包括以下步骤：1)配料；2)熔炼；3)挤压，冷却，获得合金触片轧制用圆棒型材；4)轧制；5)拉拔冷变形；6)时效处理；7)定尺锯断加工；本发明获得的铬青铜触片具有较高的导电和强度硬度及抗氧化性能；电导率(20℃)≥60％IACS,硬度HB≥130,抗拉强度Rm≥480Mpa,并且具有良好的抗氧化性能。该发明铬青铜触片解决了隔离开关使用的氧化、发热软化等故障；同时，该发明制备工艺简单，节能降耗。

Description

一种隔离开关触片用铬青铜材料的制造方法

技术领域

本发明涉及隔离开关导电材料制造技术领域，具体涉及一种隔离开关触片用铬青铜材料的制造方法。

背景技术

高压隔离开关是电网的重要组成部分，也是关系电网安全稳定运行的关键设备之一。它在电力系统中起着隔离带电运行设备与停电检修或处于备用状态的电器设备、母线或线路，利用它的断口的可视性并且可靠的绝缘能力，形成明显的断开点，确保运行的可靠以及检修作业人员的安全。同时还可与断路器配合，可方便改变系统的运行方式。

隔离开关触片是隔离开关的核心部件，合闸时触片上的压力弹簧长期处于受力状态而疲劳，加上中间触片内容易进水，使弹簧严重生锈甚至锈断，造成触片压力下降，接触电阻上升，从而引起过热，在检修时，也曾发现过多早期投运的产品的条形触片因过热而退火变软和变形条形触指长期处于分闸状态时受到大气污染，由于表面氧化及脏污物的作用在接触面上形成电阻率较高的覆盖层，使合闸后中间触头接触电阻增大而引起发热。这是目前使用广泛的Cu-Cr合金触片合金存在的缺点，因而开发Cu-Cr-Al-Mg新型合金。

合金，是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。

金属合金材料的使用范围较广，其中铜合金在金属合金材料的用途中占有很大的比例。铜合金具有较高的抗拉强度，可以用于一些对金属合金拉伸性有较高要求的专业方向。常规的铜合金材料的抗拉强度较低，通常只有400Mpa至600Mpa，由于常规的合金材料的低抗拉强度，一定程度上限制了其的应用。

Cu-Cr合金为典型的固溶强化合金，Al与Mg可作为铬青铜的合金元素，它们可在Cu-Cr合金表面形成一层薄的、致密的与基体金属结合牢靠的氧化物膜，提高合金的高温抗氧化性能和耐热性能，但Al与Mg在合金中的含量通常各不大于0.3％。现急需一种新的材料以解决Cu-Cr隔离开关触片使用的氧化、发热软化等问题。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种工艺简单，节能降耗的隔离开关触片用铬青铜材料的制造方法。

本发明的技术方案为：一种隔离开关触片用铬青铜材料的制造方法，所述铬青铜材料的化学组成及重量百分比为：Cr：0.4％-1.0％，Al：0.1％-0.3％，Mg：0.1％-0.3％，Cu：余量；所述铬青铜材料的制备方法包括以下步骤：

1)按照铬青铜材料成分要求对各合金元素配比，选择并称取相应的原料；

2)根据各元素的配比及各自特定的加入方式进行熔炼，并浇注获得所需规格的铸锭；

3)将铸锭加热至880℃-950℃，且控制开始挤压温度不低于920℃，挤压工装及模具预热温度380℃-400℃，挤压比控制在70-90，挤压速度控制在6-10mm/s，冷却，获得合金触片轧制用圆棒型材；

4)将圆棒型材进行轧制获得轧制型材；

5)将轧制型材在冷拉拔机上进行拉拔冷变形，冷变形量控制在40％-50％，拉拔至规定尺寸，获得触片拉拔型材；

6)拉拔完毕的型材在400-500℃进行时效处理，保温时间为2-4小时，得到所述隔离开关触片用铬青铜材料。

进一步地，特定的加入方式为：Mg以中间合金方式加入，Cr以中间合金方式加入，Cu采用铜板及中间合金方式加入，Al采用纯料块方式加入；中间合金方式加入更便于加入到总体的合金中，解决烧损，高熔点合金不易熔入等问题。

进一步地，Mg采用Cu-Mg中间合金方式加入；采用Cu-Mg中间合金方式加入不仅能够解决Mg元素单质易烧损、高熔点不易熔入、密度大易偏析等问题更有效的解决烧损，高熔点合金不易熔入等问题，同时对原材料及最终的合金都影响不大。

进一步地，Cr采用Cu-Cr中间合金方式加入；采用Cu-Cr中间合金方式加入不仅能够解决Cr元素单质易烧损、高熔点不易熔入、密度大易偏析等问题更有效的解决烧损，高熔点合金不易熔入等问题，同时对原材料及最终的合金都影响不大。

进一步地，铜板为电解铜板，纯度大于99％；因为其质量极高且所含杂质较少，更适用于制造电气产品。

进一步地，熔炼设备采用真空中频感应炉；采用真空中频感应炉进行熔炼使得熔炼出的合金更精密，更有利于后期的制造隔离开关触片。

进一步地，待电解铜板与Cu-Mg中间合金熔炼完后，加入铝块，再加入Cu-Cr中间合金；能够更有效的将个元素进行有效的熔合，使得最终熔炼的铬青铜合金具有更优的性能。

进一步地，冷却方式采用水冷冷却方式冷却；不仅可以做到强化冷却效果，同时在运行成本上也较为低廉。

进一步地，隔离开关触片用铬青铜材料再按需求进行定尺锯断加工，获得最终的触片零件；对铬青铜材料进行在加工，根据需要进行定尺锯断加工，应用面更广泛。

与现有技术相比本发明的有益效果为：本发明获得的铬青铜触片具有较高的导电和强度硬度及抗氧化性能；电导率(20℃)≥60％IACS,硬度HB≥130,抗拉强度Rm≥480Mpa,并且具有良好的抗氧化性能。该发明铬青铜触片解决了隔离开关使用的氧化、发热软化等故障；同时，该发明制备工艺简单，节能降耗。

具体实施方式

实施例1：一种隔离开关触片用铬青铜材料的制造方法，所述铬青铜材料的化学组成及重量百分比为：Cr：0.4％，Al：0.1％，Mg：0.1％，Cu：余量；所述铬青铜材料的制备方法包括以下步骤：

1)按照铬青铜材料成分要求对各合金元素配比，选择并称取相应的原料；Mg以Cu-Mg中间合金方式加入，Cr以Cu-Cr中间合金方式加入，Cu采用电解铜板及中间合金方式加入，Al采用纯料块方式加入；

2)根据各元素的配比及各自特定的加入方式进行熔炼，熔炼设备采用真空中频感应炉，并浇注获得所需规格的铸锭；其中，熔炼过程为待电解铜板与Cu-Mg中间合金熔炼完后，加入铝块，再加入Cu-Cr中间合金；

3)将铸锭加热至880℃，且控制开始挤压温度为920℃，挤压工装及模具预热温度380℃℃，挤压比控制在70，挤压速度控制在6mm/s，冷却，获得合金触片轧制用圆棒型材；其中，冷却方式采用水冷冷却方式冷却；

4)将圆棒型材进行轧制获得轧制型材；

5)将轧制型材在冷拉拔机上进行拉拔冷变形，冷变形量控制在40％，拉拔至规定尺寸，获得触片拉拔型材；

6)拉拔完毕的型材在400℃进行时效处理，保温时间为2小时；

7)将热处理检测的型材按需求进行定尺锯断加工，获得最终的触片零件。

对上述方法所制得铬青铜材料的隔离开关进行分析测试发现，电导率(20℃)为70％IACS,硬度HB为152,抗拉强度Rm为500Mpa,并且具有良好的抗氧化性能。

实施例2：一种隔离开关触片用铬青铜材料的制造方法，所述铬青铜材料的化学组成及重量百分比为：Cr：0.8％，Al：0.2％，Mg：0.2％，Cu：余量；所述铬青铜材料的制备方法包括以下步骤：

1)按照铬青铜材料成分要求对各合金元素配比，选择并称取相应的原料；Mg以Cu-Mg中间合金方式加入，Cr以Cu-Cr中间合金方式加入，Cu采用电解铜板及中间合金方式加入，Al采用纯料块方式加入；

2)根据各元素的配比及各自特定的加入方式进行熔炼，熔炼设备采用真空中频感应炉，并浇注获得所需规格的铸锭；其中，熔炼过程为待电解铜板与Cu-Mg中间合金熔炼完后，加入铝块，再加入Cu-Cr中间合金；

3)将铸锭加热至900℃，且控制开始挤压温度为930℃，挤压工装及模具预热温度390℃，挤压比控制在80，挤压速度控制在8mm/s，冷却，获得合金触片轧制用圆棒型材；其中，冷却方式采用水冷冷却方式冷却；

4)将圆棒型材进行轧制获得轧制型材；

5)将轧制型材在冷拉拔机上进行拉拔冷变形，冷变形量控制在45％，拉拔至规定尺寸，获得触片拉拔型材；

6)拉拔完毕的型材在450℃进行时效处理，保温时间为3小时；

7)将热处理检测的型材按需求进行定尺锯断加工，获得最终的触片零件。

对上述方法所制得铬青铜材料的隔离开关进行分析测试发现，电导率(20℃)为73％IACS,硬度HB为176,抗拉强度Rm为573Mpa,并且具有良好的抗氧化性能。

实施例3：一种隔离开关触片用铬青铜材料的制造方法，所述铬青铜材料的化学组成及重量百分比为：Cr：1.0％，Al：0.3％，Mg：0.3％，Cu：余量；所述铬青铜材料的制备方法包括以下步骤：

1)按照铬青铜材料成分要求对各合金元素配比，选择并称取相应的原料；Mg以Cu-Mg中间合金方式加入，Cr以Cu-Cr中间合金方式加入，Cu采用电解铜板及中间合金方式加入，Al采用纯料块方式加入；

2)根据各元素的配比及各自特定的加入方式进行熔炼，熔炼设备采用真空中频感应炉，并浇注获得所需规格的铸锭；其中，熔炼过程为待电解铜板与Cu-Mg中间合金熔炼完后，加入铝块，再加入Cu-Cr中间合金；

3)将铸锭加热至950℃，且控制开始挤压温度为950℃，挤压工装及模具预热温度400℃，挤压比控制在90，挤压速度控制在10mm/s，冷却，获得合金触片轧制用圆棒型材；其中，冷却方式采用水冷冷却方式冷却；

4)将圆棒型材进行轧制获得轧制型材；

5)将轧制型材在冷拉拔机上进行拉拔冷变形，冷变形量控制在50％，拉拔至规定尺寸，获得触片拉拔型材；

6)拉拔完毕的型材在500℃进行时效处理，保温时间为4小时；

7)将热处理检测的型材按需求进行定尺锯断加工，获得最终的触片零件。

对上述方法所制得铬青铜材料的隔离开关进行分析测试发现，电导率(20℃)为74％IACS,硬度HB为171,抗拉强度Rm为610Mpa,并且具有良好的抗氧化性能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种隔离开关触片用铬青铜材料的制造方法，其特征在于，所述铬青铜材料的化学组成及重量百分比为：Cr：0.4％-1.0％，Al：0.1％-0.3％，Mg：0.1％-0.3％，Cu：余量；所述铬青铜材料的制备方法包括以下步骤：

1)按照上述铬青铜材料成分要求对各合金元素进行配比，选择并称取相应的原料；

2)根据各元素的配比及各自特定的加入方式进行熔炼，并浇注获得所需规格的铸锭；

3)将铸锭加热至880℃-950℃，且控制开始挤压温度不低于920℃，挤压工装及模具预热温度380℃-400℃，挤压比控制在70-90，挤压速度控制在6-10mm/s，冷却，获得合金触片轧制用圆棒型材；

4)将圆棒型材进行轧制获得轧制型材；

5)将轧制型材在冷拉拔机上进行拉拔冷变形，冷变形量控制在40％-50％，拉拔至规定尺寸，获得触片拉拔型材；

6)拉拔完毕的型材在400-500℃进行时效处理，保温时间为2-4小时，得到所述隔离开关触片用铬青铜材料。

2.权利要求1所述的一种隔离开关触片用铬青铜材料的制造方法，其特征在于，所述特定的加入方式为：Mg以中间合金方式加入，Cr以中间合金方式加入，Cu采用铜板及中间合金方式加入，Al采用纯料块方式加入。

3.权利要求2所述的一种隔离开关触片用铬青铜材料的制造方法，其特征在于，所述Mg采用Cu-Mg中间合金方式加入。

4.权利要求2所述的一种隔离开关触片用铬青铜材料的制造方法，其特征在于，所述Cr采用Cu-Cr中间合金方式加入。

5.权利要求2所述的一种隔离开关触片用铬青铜材料的制造方法，其特征在于，所述Cu采用铜板及Cu-Mg中间合金、Cu-Cr中间合金方式加入。

6.权利要求1所述的一种隔离开关触片用铬青铜材料的制造方法，其特征在于，所述铜板为电解铜板，纯度大于99％。

7.权利要求1所述的一种隔离开关触片用铬青铜材料的制造方法，其特征在于，所述熔炼设备采用真空中频感应炉。

8.权利要求1所述的一种隔离开关触片用铬青铜材料的制造方法，其特征在于，所述冷却方式采用水冷冷却方式冷却。

9.权利要求1所述的一种隔离开关触片用铬青铜材料的制造方法，其特征在于，所述隔离开关触片用铬青铜材料再按需求进行定尺锯断加工，获得最终的触片零件。