軌道交通用牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子銅合金部件制備及其相關(guān)基礎(chǔ)研究.pdf

1、研究開(kāi)發(fā)了多種適用于地鐵、輕軌和高速列車(chē)變頻調(diào)速交流異步牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的Cu-Zn-Cr-Zr-RE導(dǎo)條合金、Cu-Cr-Zr-RE端環(huán)合金和Cu-Al-Fe-Ni-（Zr+RE）護(hù)環(huán)合金及導(dǎo)條與端環(huán)焊接用Ag-Cu-Zn-RE-X配用焊絲，并研究了合金相應(yīng)的熔煉鑄造、熱擠壓、熱鍛及時(shí)效處理等工藝制度及這些過(guò)程中組織和性能變化規(guī)律等一系列問(wèn)題。采用硬度測(cè)試，室溫與高溫拉伸、電阻率測(cè)量、X射線物相分析（XRD）、金相（OM）、電子顯微分析

2、方法（TEM、SEM）和熱模擬，運(yùn)用Deform軟件進(jìn)行的模型數(shù)學(xué)計(jì)算等多種方法和手段，采用實(shí)驗(yàn)和理論相結(jié)合的方法，研究了新型銅合金在整個(gè)制備環(huán)節(jié)中的性能和組織變化規(guī)律，獲得了下列重要結(jié)論： 1.利用Cu-Zn合金固溶體基體電導(dǎo)性能隨Zn含量的變化連續(xù)穩(wěn)定可調(diào)的特性，采用微合金化技術(shù)和擠壓-在線淬火-冷拉成型-時(shí)效的形變熱處理技術(shù)，研制開(kāi)發(fā)了一種高強(qiáng)中導(dǎo)Cu-Zn-Cr-Zr-RE合金導(dǎo)條，最佳制備工藝為擠壓-在線水淬-30～4

3、0％冷拉變形-450℃/4h時(shí)效，在此條件下，合金的室溫力學(xué)性能和電學(xué)性能分別為σb=467MPa，σ0.2=390MPa，δ5=20.8％，σr=64.6％IACS。350℃試驗(yàn)溫度下σb和σ0.2仍分別保持在274MPa和250MPa左右，滿(mǎn)足了軌道交通用大功率調(diào)頻調(diào)速異步牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子組件的設(shè)計(jì)要求。 2.設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)條熱擠壓-在線淬火，解決了超長(zhǎng)件導(dǎo)條擠壓坯在線淬火的難題，保證了后續(xù)冷變形時(shí)效這種形變熱處理強(qiáng)化技術(shù)的實(shí)

4、施。 3.研究合金的強(qiáng)化機(jī)制包括固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化和形變熱處理強(qiáng)化。形變熱處理工藝可大大提高合金時(shí)效后的最終強(qiáng)度，冷拉后的合金時(shí)效過(guò)程中受到析出和再結(jié)晶過(guò)程交互作用的影響。析出的第二相粒子不僅強(qiáng)化了基體而且一定程度上抑制了再結(jié)晶的進(jìn)行，從而使合金的強(qiáng)度進(jìn)一步提高。 4.冷變形-時(shí)效過(guò)程中影響合金電導(dǎo)率變化的主要因素包括過(guò)飽和固溶體的分解和析出以及回復(fù)-再結(jié)晶過(guò)程，合金的高導(dǎo)電性來(lái)源于時(shí)效后高電導(dǎo)率基體與析出粒子組成的彌散

5、型復(fù)相結(jié)構(gòu)。 5.對(duì)不宜采用形變熱處理技術(shù)強(qiáng)化的高強(qiáng)高導(dǎo)大規(guī)格端環(huán)銅合金，采取相對(duì)較高的鉻、鋯含量并結(jié)合強(qiáng)化固溶-時(shí)效工藝，可以獲得較好的綜合性能。銅合金端環(huán)最佳制備工藝為熱鍛-980℃/1h強(qiáng)化-450℃/4h時(shí)效，其中熱鍛工藝為始鍛溫度控制在850℃，終鍛溫度不低于650℃，道次鍛造變形量約40％。在此條件下，合金的室溫力學(xué)性能和電學(xué)性能分別為σb=388MPa，σ0.2=315MPa，δ5=27.8％，σr=84.5％IA

6、CS。在350℃試驗(yàn)溫度下σb和σ0.2仍分別保持在200MPa和165MPa以上。研制的端環(huán)滿(mǎn)足了軌道交通用大功率調(diào)頻調(diào)速異步牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子組件的設(shè)計(jì)要求。 6.采用微合金化技術(shù)和熱鍛-穩(wěn)定化退火處理工藝開(kāi)發(fā)了一種Cu-Al-Fe-Ni-Zr-RE高強(qiáng)高韌大規(guī)格銅合金護(hù)環(huán)，最佳制備工藝為熱鍛-650℃/1h穩(wěn)定化退火處理，其中熱鍛工藝為始鍛溫度控制在880℃，終鍛溫度不低于680℃，道次鍛造變形量約40％。在此條件下，護(hù)環(huán)合金

7、室溫力學(xué)性能分別可達(dá)：HB=226，σb=763MPa，σ0.2=456MPa，δ5=20.3％。滿(mǎn)足了軌道交通用大功率調(diào)頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)的性能要求。 7.依據(jù)高強(qiáng)高導(dǎo)微合金化原理和界面潤(rùn)濕理論，設(shè)計(jì)并優(yōu)化了配用焊絲的合金成分，采用中頻熔煉-鑄造-擠壓-拉絲-退火技術(shù)制備了用于銅合金轉(zhuǎn)子導(dǎo)條-端環(huán)焊接的配用焊絲。配用焊絲的熔點(diǎn)、潤(rùn)濕性、焊接接頭力學(xué)性能滿(mǎn)足導(dǎo)條與端環(huán)焊接構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求。 8.通過(guò)理論計(jì)算與實(shí)際模擬

8、相結(jié)合，分析了焊接過(guò)程中導(dǎo)條/端環(huán)溫度的變化，在此基礎(chǔ)上研究了實(shí)際焊接過(guò)程中導(dǎo)條與端環(huán)材料組織和性能的演變規(guī)律，為轉(zhuǎn)子部件的焊接提供了理論與實(shí)驗(yàn)的依據(jù)。 9.實(shí)際焊接過(guò)程中，焊接接頭分為端環(huán)區(qū)、焊縫區(qū)和導(dǎo)條區(qū)，焊縫組織為共晶組織；端環(huán)一邊的組織會(huì)發(fā)生時(shí)效析出相的回溶，硬度和強(qiáng)度降低；導(dǎo)條靠近焊接接頭的部分則會(huì)發(fā)生再結(jié)晶和時(shí)效析出相的回溶，硬度和強(qiáng)度也降低，離焊縫的距離越遠(yuǎn)，其焊接時(shí)經(jīng)受的最高溫度越低，硬度、強(qiáng)度性能下降越小。