CN108118186A - 一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材及其制造工艺 - Google Patents

一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材及其制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及铜合金技术领域，且公开了一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材，包括以下重量份数配比的原料（wt%）：Pb：2.4‑3.2，Sn：0.8‑1.2，Al：1.0‑2.0，Fe：1.2‑1.6，Mn：0.8‑1.6，Ni：5.5‑6.5，Si：3.0‑5.0，As：0.04‑0.06，Zn：3.5‑5.5，P：0.10‑0.30，Cr：0.4‑0.6，Ti：0.2‑0.6，余量的铜及不可避免的杂质。该变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材及其制造工艺，通过Fe元素与Zn化合生成FeZn7颗粒，使液态合金凝固时析出而成为晶核，细化合金晶粒组织，使其内部结构更加稳固，通过添加Cr和Si元素，能够使铜合金的熔点得到有效的提高，通过防锈层，能够隔绝一定的温度，不会使铜合金本体直接受到高温的影响，减少了因变压器温度过高，导致其融化，从而使变压器损坏的问题。

Description

一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材及其制造工艺
技术领域
本发明涉及铜合金技术领域，具体为一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材及其制造工艺。
背景技术
铜合金，以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金，纯铜呈***，又称紫铜，纯铜密度为8.96，熔点为1083℃，具有优良的导电性、导热性、延展性和耐蚀性，主要用于制作发电机、母线、电缆、开关装置、变压器、热交换器、管道和太阳能加热装置的平板集热器等导热器材、常用的铜合金分为黄铜、青铜和白铜三大类。
近年来随着经济的快速发展，对合金材料的运用也是越来越多，铜合金的运用尤其的广泛，现在输电用变压器大多使用各种类型的铜合金材料，就目前的铝铜合金运用，铜合金在变压器的使用上，人们大多看重铜合金的高熔点，高熔点铜合金型材在使用过程中，能够有效的避免变压器内部温度过高导致的变压器损坏，减少了变压器损坏造成的一系列问题，很大程度的减少了安全隐患。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材及其制造工艺，具备高熔点等优点，解决了铜合金型材熔点过低，容易造成变压器损坏的问题。
（二）技术方案
为实现上述高熔点的目的，本发明提供如下技术方案：一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材，包括以下重量份数配比的原料（wt%）：Pb：2.4-3.2，Sn：0.8-1.2，Al：1.0-2.0，Fe：1.2-1.6，Mn：0.8-1.6，Ni：5.5-6.5，Si：3.0-5.0，As：0.04-0.06，Zn：3.5-5.5，P：0.10-0.30，Cr：0.4-0.6，Ti：0.2-0.6，余量的铜及不可避免的杂质。
优选的，包括以下原料（wt%）：Pb：2.4，Sn：0.8，Al：1.0，Fe：1.2，Mn：0.8，Ni：5.5，Si：3.0，As：0.04，Zn：3.5，P：0.10，Cr：0.4，Ti：0.2，余量的铜及不可避免的杂质。
优选的，包括以下原料（wt%）：Pb：2.6，Sn：0.9，Al：1.3，Fe：1.5，Mn：1.25，Ni：5.8，Si：4.5，As：0.05，Zn：4.5，P：0.15，Cr：0.45，Ti：0.4，余量的铜及不可避免的杂质。
优选的，包括以下原料（wt%）：Pb：3.2，Sn：1.2，Al：2.0，Fe：1.6，Mn：1.6，Ni：6.5，Si：5.0，As：0.06，Zn：5.5，P：0.30，Cr：0.6，Ti：0.6，余量的铜及不可避免的杂质。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材的制造工艺，包括以下步骤：
1）先取Pb：2.4-3.2，Sn：0.8-1.2，Al：1.0-2.0，Fe：1.2-1.6，Mn：0.8-1.6，Ni：5.5-6.5，Si：3.0-5.0，As：0.04-0.06，Zn：3.5-5.5，P：0.10-0.30，Cr：0.4-0.6，Ti：0.2-0.6，余量的铜及不可避免的杂质混合后投入高频溶解炉中熔融处理，铸造时熔融温度在1200-1300℃，收集混合后的熔融状态下的混合液，备用；
2）取步骤1）中留作备用的混合液，将混合液在1200-1300℃恒温孕育15-40分钟，然后以不低于10℃/min降温150-200℃，然后再升温至1200-1300℃，恒温10-30分钟后铸造合金毛坯，将合金毛坯在850℃下进行热挤压后立即淬火处理得到铜合金铸块，收集铜合金铸块，备用；
3）取步骤2）中留作备用的铜合金铸块，投入熔炼炉中保持温度在900-1000℃，然后对铸型模具进行预热，使其温度在150-200℃，然后将铜合金铸块用预热后的铸型模具进行铸型，得到铜合金铸件，备用；
4）取步骤3）中留作备用的铜合金铸件，实施淬火处理，固溶处理优选在350℃以上下的温度范围进行，然后对铸块进行淬火处理，淬火处理分别选择使用喷雾、喷水和浸渍等的水冷方法，从而使冷却速度在30℃/秒以上急冷处理，用打磨机进行平整打磨，使其表面平整光滑，收集铸块，留作备用；
5）取步骤4）中留作备用的铸块，通过将4%石墨和96%机油混合，在氧化锌的配合下对铸块进行添加防锈层，然后进行平整处理，由此得到环保型高熔点铜合金型材。
（三）有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材及其制造工艺，具备以下有益效果：
1、该变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材及其制造工艺，通过成分中的Zn和Cu混合，是构成该铝合金型材的基本材料，然后与与Mn、Fe、Al、As等元素形成含Zn和Cu等元素的固溶体，提高了材料的综合性能，其中Mn能固溶于Cu中起到强化作用，并显著提高材料的机械性能和对空气中的污染物和氯化物的耐腐蚀能力，Fe元素与Zn化合生成FeZn7颗粒，使液态合金凝固时析出而成为晶核，细化合金晶粒组织，使其内部结构更加稳固，增大了铜合金的熔点，使其能够更加适合变压器使用，减少了因变压器输送电导致内部温度升高，使变压器损坏的问题。
2、该变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材及其制造工艺，通过加入Pb，Pb几乎不熔于铜合金中，是以点状形式分布在晶界上，当材料工作时起到自润滑性能，提高铜合金材料的耐磨性能，且能够减少其表面沾染的杂物，Al在熔炼过程中可以减少Zn的蒸发，降低Zn在熔炼过程中的烧损，并能在工件表面形成具有很强的抗氧化能力的Al2O3薄膜，提高材料的耐腐蚀性能和表面光洁度，然后通过添加Cr和Si元素，能够使铜合金的熔点得到有效的提高，通过设置防锈层，能够隔绝一定的温度，不会使铜合金本体直接受到高温的影响，从而减少了其因变压器温度过高，导致其融化。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材，包括以下原料（wt%）：Pb：2.4，Sn：0.8，Al：1.0，Fe：1.2，Mn：0.8，Ni：5.5，Si：3.0，As：0.04，Zn：3.5，P：0.10，Cr：0.4，Ti：0.2，余量的铜及不可避免的杂质。
一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材的制造工艺，包括以下步骤：
1）先取Pb：2.4，Sn：0.8，Al：1.0，Fe：1.2，Mn：0.8，Ni：5.5，Si：3.0，As：0.04，Zn：3.5，P：0.10，Cr：0.4，Ti：0.2，余量的铜及不可避免的杂质混合后投入高频溶解炉中熔融处理，铸造时熔融温度在1200℃，收集混合后的熔融状态下的混合液，备用；
2）取步骤1）中留作备用的混合液，将混合液在1200℃恒温孕育15分钟，然后以不低于10℃/min降温150℃，然后再升温至1200℃，恒温10分钟后铸造合金毛坯，将合金毛坯在850℃下进行热挤压后立即淬火处理得到铜合金铸块，收集铜合金铸块，备用；
3）取步骤2）中留作备用的铜合金铸块，投入熔炼炉中保持温度在900℃，然后对铸型模具进行预热，使其温度在150℃,然后将铜合金铸块用预热后的铸型模具进行铸型，得到铜合金铸件，备用；
4）取步骤3）中留作备用的铜合金铸件，实施淬火处理，固溶处理优选在350℃以上下的温度范围进行，然后对铸块进行淬火处理，淬火处理分别选择使用喷雾、喷水和浸渍等的水冷方法，从而使冷却速度在30℃/秒以上急冷处理，用打磨机进行平整打磨，使其表面平整光滑，收集铸块，留作备用；
5）取步骤4）中留作备用的铸块，通过将4%石墨和96%机油混合，在氧化锌的配合下对铸块进行添加防锈层，然后进行平整处理，由此得到环保型高熔点铜合金型材。
实施例二：
一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材，包括以下原料（wt%）：Pb：2.6，Sn：0.9，Al：1.3，Fe：1.5，Mn：1.25，Ni：5.8，Si：4.5，As：0.05，Zn：4.5，P：0.15，Cr：0.45，Ti：0.4，余量的铜及不可避免的杂质。
一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材的制造工艺，包括以下步骤：
1）先取Pb：2.6，Sn：0.9，Al：1.3，Fe：1.5，Mn：1.25，Ni：5.8，Si：4.5，As：0.05，Zn：4.5，P：0.15，Cr：0.45，Ti：0.4，余量的铜及不可避免的杂质混合后投入高频溶解炉中熔融处理，铸造时熔融温度在1250℃，收集混合后的熔融状态下的混合液，备用；
2）取步骤1）中留作备用的混合液，将混合液在1250℃恒温孕育30分钟，然后以不低于10℃/min降温175℃，然后再升温至1250℃，恒温20分钟后铸造合金毛坯，将合金毛坯在850℃下进行热挤压后立即淬火处理得到铜合金铸块，收集铜合金铸块，备用；
3）取步骤2）中留作备用的铜合金铸块，投入熔炼炉中保持温度在950℃，然后对铸型模具进行预热，使其温度在170℃，然后将铜合金铸块用预热后的铸型模具进行铸型，得到铜合金铸件，备用；
4）取步骤3）中留作备用的铜合金铸件，实施淬火处理，固溶处理优选在350℃以上下的温度范围进行，然后对铸块进行淬火处理，淬火处理分别选择使用喷雾、喷水和浸渍等的水冷方法，从而使冷却速度在30℃/秒以上急冷处理，用打磨机进行平整打磨，使其表面平整光滑，收集铸块，留作备用；
5）取步骤4）中留作备用的铸块，通过将4%石墨和96%机油混合，在氧化锌的配合下对铸块进行添加防锈层，然后进行平整处理，由此得到环保型高熔点铜合金型材。
实施例三：
一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材，包括以下原料（wt%）：Pb：3.2，Sn：1.2，Al：2.0，Fe：1.6，Mn：1.6，Ni：6.5，Si：5.0，As：0.06，Zn：5.5，P：0.30，Cr：0.6，Ti：0.6，余量的铜及不可避免的杂质。
一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材的制造工艺，包括以下步骤：
1）先取Pb：3.2，Sn：1.2，Al：2.0，Fe：1.6，Mn：1.6，Ni：6.5，Si：5.0，As：0.06，Zn：5.5，P：0.30，Cr：0.6，Ti：0.6，余量的铜及不可避免的杂质混合后投入高频溶解炉中熔融处理，铸造时熔融温度在1300℃，收集混合后的熔融状态下的混合液，备用；
2）取步骤1）中留作备用的混合液，将混合液在1300℃恒温孕育40分钟，然后以不低于10℃/min降温200℃，然后再升温至1300℃，恒温30分钟后铸造合金毛坯，将合金毛坯在850℃下进行热挤压后立即淬火处理得到铜合金铸块，收集铜合金铸块，备用；
3）取步骤2）中留作备用的铜合金铸块，投入熔炼炉中保持温度在1000℃，然后对铸型模具进行预热，使其温度在200℃，然后将铜合金铸块用预热后的铸型模具进行铸型，得到铜合金铸件，备用；
4）取步骤3）中留作备用的铜合金铸件，实施淬火处理，固溶处理优选在350℃以上下的温度范围进行，然后对铸块进行淬火处理，淬火处理分别选择使用喷雾、喷水和浸渍等的水冷方法，从而使冷却速度在30℃/秒以上急冷处理，用打磨机进行平整打磨，使其表面平整光滑，收集铸块，留作备用；
5）取步骤4）中留作备用的铸块，通过将4%石墨和96%机油混合，在氧化锌的配合下对铸块进行添加防锈层，然后进行平整处理，由此得到环保型高熔点铜合金型材。
本发明的有益效果是：该变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材及其制造工艺，通过成分中的Zn和Cu混合，是构成该铝合金型材的基本材料，然后与与Mn、Fe、Al、As等元素形成含Zn和Cu等元素的固溶体，提高了材料的综合性能，其中Mn能固溶于Cu中起到强化作用，并显著提高材料的机械性能和对空气中的污染物和氯化物的耐腐蚀能力，Fe元素与Zn化合生成FeZn7颗粒，使液态合金凝固时析出而成为晶核，细化合金晶粒组织，使其内部结构更加稳固，增大了铜合金的熔点，使其能够更加适合变压器使用，减少了因变压器输送电导致内部温度升高，使变压器损坏的问题,该变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材及其制造工艺，通过加入Pb，其中Pb几乎不熔于铜合金中，是以点状形式分布在晶界上，当材料工作时起到自润滑性能，提高铜合金材料的耐磨性能，且能够减少其表面沾染的杂物，Al在熔炼过程中可以减少Zn的蒸发，降低Zn在熔炼过程中的烧损，并能在工件表面形成具有很强的抗氧化能力的Al2O3薄膜，提高材料的耐腐蚀性能和表面光洁度，然后通过添加Cr和Si元素，能够使铜合金的熔点得到有效的提高，通过设置防锈层，能够隔绝一定的温度，不会使铜合金本体直接受到高温的影响，从而减少了其因变压器温度过高，导致其融化。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料（wt%）：Pb：2.4-3.2，Sn：0.8-1.2，Al：1.0-2.0，Fe：1.2-1.6，Mn：0.8-1.6，Ni：5.5-6.5，Si：3.0-5.0，As：0.04-0.06，Zn：3.5-5.5，P：0.10-0.30，Cr：0.4-0.6，Ti：0.2-0.6，余量的铜及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材，其特征在于，包括以下原料（wt%）：Pb：2.4，Sn：0.8，Al：1.0，Fe：1.2，Mn：0.8，Ni：5.5，Si：3.0，As：0.04，Zn：3.5，P：0.10，Cr：0.4，Ti：0.2，余量的铜及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材，其特征在于，包括以下原料（wt%）：Pb：2.6，Sn：0.9，Al：1.3，Fe：1.5，Mn：1.25，Ni：5.8，Si：4.5，As：0.05，Zn：4.5，P：0.15，Cr：0.45，Ti：0.4，余量的铜及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材，其特征在于，包括以下原料（wt%）：Pb：3.2，Sn：1.2，Al：2.0，Fe：1.6，Mn：1.6，Ni：6.5，Si：5.0，As：0.06，Zn：5.5，P：0.30，Cr：0.6，Ti：0.6，余量的铜及不可避免的杂质。
5.一种变压器用环保型高熔点耐久铜合金型材的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）先取Pb：2.4-3.2，Sn：0.8-1.2，Al：1.0-2.0，Fe：1.2-1.6，Mn：0.8-1.6，Ni：5.5-6.5，Si：3.0-5.0，As：0.04-0.06，Zn：3.5-5.5，P：0.10-0.30，Cr：0.4-0.6，Ti：0.2-0.6，余量的铜及不可避免的杂质混合后投入高频溶解炉中熔融处理，铸造时熔融温度在1200-1300℃，收集混合后的熔融状态下的混合液，备用；
2）取步骤1）中留作备用的混合液，将混合液在1200-1300℃恒温孕育15-40分钟，然后以不低于10℃/min降温150-200℃，然后再升温至1200-1300℃，恒温10-30分钟后铸造合金毛坯，将合金毛坯在850℃下进行热挤压后立即淬火处理得到铜合金铸块，收集铜合金铸块，备用；
3）取步骤2）中留作备用的铜合金铸块，投入熔炼炉中保持温度在900-1000℃，然后对铸型模具进行预热，使其温度在150-200℃，然后将铜合金铸块用预热后的铸型模具进行铸型，得到铜合金铸件，备用；
4）取步骤3）中留作备用的铜合金铸件，实施淬火处理，固溶处理优选在350℃以上下的温度范围进行，然后对铸块进行淬火处理，淬火处理分别选择使用喷雾、喷水和浸渍等的水冷方法，从而使冷却速度在30℃/秒以上急冷处理，用打磨机进行平整打磨，使其表面平整光滑，收集铸块，留作备用；
5）取步骤4）中留作备用的铸块，通过将4%石墨和96%机油混合，在氧化锌的配合下对铸块进行添加防锈层，然后进行平整处理，由此得到环保型高熔点铜合金型材。
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