[發明專利]高強度鎳鉻硅銅合金材料及其加工工藝

有效

• 申請號: 200910248653.0
• 申請日: 2009-12-23
• 公開（公告）號: CN102108459A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 白繼明;楊素娟;王嗣杰;李廷元
• 申請（專利權）人: 沈陽興工銅業有限公司
• 主分類號: C22C9/06
• 分類號: C22C9/06;C22F1/08;B22D11/108;B22D21/02
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標代理有限公司 21107
• 代理人: 史旭泰

技術領域：

本發明涉及一種銅合金材料及其加工工藝，更具體地說，是涉及高強度鎳鉻硅銅合金材料及其加工工藝。

背景技術：

目前，我國各大型發電機制造廠家為了提高汽輪發電機的不平衡運行能力和保證由于發電機負序電流造成溫度升高后機組的安全可靠性，對所選用的轉子槽楔材料要求必須有較高的導電性和具備很高的常溫和高溫機械性能。

多年來，國內一些大型汽輪發電機組制造廠家對300MW以上發電機組所選用的汽輪發電機轉子槽楔材料多數采用美國西屋發電公司技術條件所提出的合金材料，即鈹鈷鋯銅合金材料，其化學成分為：Pe：0.45～0.75％、Co：2.5～2.7％、Zr：0.2～0.3％、雜質總量≤0.3％、Cu余量。該種材料經固溶強化處理后，其各項性能指標優良。然而，這種合金存在以下的不足：鈹毒性較大，每一立方米的空氣中只要有一毫克鈹的粉塵，就會使人染上急性肺炎-鈹肺病；鈹、鈷金屬的價格昂貴，使鈹鈷鋯銅合金材料成本較高。

發明內容：

本發明就是針對上述問題，提供了一種毒性小、成本低的高強度鎳鉻硅銅合金材料及其加工工藝。

為了實現本發明的上述目的，本發明采用如下技術方案，本發明的組成的質量配比為：Ni：2.1％～2.9％、Cr：0.4％～0.7％、Si：0.3％～0.7％、雜質總量≤0.3％、Cu余量。

本發明的加工工藝為：

1、熔鑄

采用工頻電爐熔煉半連續鑄造的方法進行，熔鑄時Cu、Ni可直接裝爐加入，Cr以鉻粉形式預先裝入紫銅管中，將銅管兩端封閉，然后以料包的形式加入，Si待出爐澆鑄前加入；

熔鑄100kg鎳鉻硅銅合金材料時，加入94.35kg～95.2kg的銅和2.1kg～2.9kg的鎳直接裝爐，熔鑄溫度達到1290～1310℃時加入含鉻0.4kg～0.7kg的紫銅管料包，紫銅管的質量為1.5kg，熔鑄溫度達到1330～1350℃時加入質量為0.3kg～0.7kg的Si，然后在爐口液面加入硼砂進行覆蓋，防止氧化造渣，覆蓋厚度為30～40mm，待熔鑄溫度達到1350～1370℃時出爐澆鑄坯料，熔鑄坯料的規格可根據要求配備不同規格結晶器實現；

2、壓力加工

熔鑄后的坯料經表面打磨或脫皮去除表面缺陷后，進行壓力加工開坯，壓力加工開坯可采用加熱鍛造、加熱擠壓或熱軋的方法，加熱溫度為920～960℃，終了溫度不低于800℃；

3、高溫固溶淬火熱處理

采用電阻加熱爐進行高溫固溶淬火熱處理，將料裝爐升溫至950～970℃，并在該溫度下保溫50～70分鐘，待料溫均勻后出爐，水淬速冷，水溫控制在30℃以下；

4、冷壓力加工

可采用冷鍛造、冷拉拔或冷軋的方法進行加工，冷變形率控制在50％～60.9％；

5、時效熱處理

采用電阻加熱爐進行時效熱處理，將料裝爐升溫至450～470℃，并在該溫度下保溫5～6小時，然后隨爐冷卻，當料溫降至150℃以下時出爐；

6、機械加工。

本發明的有益效果：

含鎳、鉻、硅元素的銅合金材料具有機械性能高、耐蝕、耐磨、可熱、冷壓力加工，無磁性，沖擊時不易產生火花的優點。

本發明以造價低、毒性小的鎳、鉻、硅作為高強度鎳鉻硅銅合金材料的元素組成，既實現了環保，又節約了成本，而且實驗證明，高強度鎳鉻硅銅合金材料與鈹鈷鋯銅合金材料的性能參數相接近。

本發明對幾種銅合金材料的性能進行了比較，見表1。

表1不同銅合金材料的性能比較

從表1可以看到，鎳鉻硅銅合金與鈹鈷鋯銅合金的技術參數相接近，而其它幾種材料綜合性能遠低于鎳鉻硅銅合金材料，鎳鉻硅銅合金的常溫性能高于鈹鈷鋯銅合金的常溫性能，特別是常溫屈服強度優良，高溫性能綜合來看略低于鈹鈷鋯銅合金的性能，但其綜合性能完全滿足汽輪發電機轉子槽楔材料的技術要求。

使用廠家已在300MW汽輪發電機組轉子槽楔中應用，其發電機負序實驗結果為：I₂＝11.2％，I²₂t＝15.6秒(要求值I₂≥10％，I²₂t≥10秒)，并且使300MW汽輪發電機的發電能力達到325MW。

具體實施方式：

實施例1：Ni：2.9％、Cr：0.55％、Si：0.7％、雜質總量≤0.3％、Cu余量。

實施例2：Ni：2.5％、Cr：0.5％、Si：0.5％、雜質總量≤0.3％、Cu余量。