接觸線用稀土微合金化高強高導Cu-Cr-Zr合金時效析出特性研究.pdf

1、針對我國高速電氣化鐵路對接觸線用材料提出的性能要求,研制和開發(fā)了新型接觸線用稀土微合金化高強高導Cu-Cr-Zr(-RE)合金材料,并對其時效析出特性進行了研究. 采用相對電阻率γ和其變化量△γ作為評價時效過程的參數(shù),基于動態(tài)電阻法對合金等溫加熱和等速(變溫)加熱時效析出動力學進行了研究.研究表明:隨等溫時效溫度升高,孕育期縮短,△γ的增加速率呈現(xiàn)上升趨勢；合金在等速加熱時效時,加熱速率較小則△γ較大,而加熱速率越大則時效過程開

2、始和結束的溫度也越高. 對比研究了幾種合金時效析出行為和強化機理,研究發(fā)現(xiàn):固溶態(tài)合金進行時效處理時,時效初期顯微硬度和導電率均大幅上升,Cu-Cr-Zr合金經(jīng)480℃×2 h時效后顯微硬度和導電率分別為106 HV和72.8﹪IACS；對固溶態(tài)合金施以冷變形后,可為析出相的形核及生長提供有利條件并加速時效析出過程的進行,同時會出現(xiàn)析出和再結晶兩個過程,二者交互作用會對時效后組織和性能產(chǎn)生影響,Cu-Cr-Zr合金經(jīng)固溶-60﹪

3、變形-480℃×1h時效后性能為154 HV和83.5﹪IACS:添加微量RE后,相同時效處理后合金顯微硬度比Cu-Cr-Zr合金高出約15～20 HV,而導電率則降低約2﹪～4﹪IACS,同時改善了Cu-Cr-Zr合金高溫性能,其抗軟化溫度提高約30～40℃；微觀分析表明,合金的時效析出強化,是由在銅基體上析出體心立方晶格的Cr和面心立方CrCu<,2>(Zr,Mg)兩種析出相共同作用造成的；研究提出了合金接觸線加工工藝,加工后線材力

4、學性能達到:抗拉強度,605.6 MPa；導電率,80.8﹪IACS；延伸率,10.2﹪.完全滿足高速電氣化鐵路對接觸線高強(≥550MPa)、高導(≥80﹪IACS)及延伸率(≥5﹪)等方面的要求.在采用矩形梁彎曲試驗進行應變分布測試結果的基礎上,首次利用勒讓德多項式作為裂紋柔度法中的插值函數(shù)對合金線材殘余應力大小及分布進行了計算.經(jīng)固溶-時效-變形處理后合金殘余應力將發(fā)生釋放并降低到約-50 MPa～30 MPa范圍內. 在

5、自制電磨損實驗機上對合金導線進行了電滑動磨損試驗:相同試驗條件下,三種Cu-Cr-Zr-RE合金耐磨性均優(yōu)于Cu-Cr-Zr合金,其中又以Cu-Cr-Zr-Ce合金耐磨性最好；隨著載流強度的增加,RE對Cu-Cr-Zr合金耐磨性能的改善作用有所下降；SEM觀察和EDS分析均表明,未加電流情況下,合金的滑動磨損形式有粘著磨損、磨粒磨損和疲勞磨損,其中疲勞磨損為其主要磨損形式,而在載流磨損條件下,合金的磨損增加了電燒蝕磨損形式；研究發(fā)現(xiàn)在磨