熱型連鑄技術(shù)制備cu-sn合金線材與其組織與性能分析

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1、熱刑造錛技術(shù)制齋Cu．Sn合會(huì)線材及糾織’J件能研究根據(jù)平面波波動(dòng)方程得出接觸線傳播的橫波波速為：y=居m-，式中，卜一接觸線的波動(dòng)傳播速度in／s：7'——接觸線的線張力Ⅳ；曠一接觸線的線密度kg／m；可以看出波速與接觸線的線張力和質(zhì)量線密度的有關(guān)。根據(jù)國(guó)外高速電氣化列車實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)列車的運(yùn)行速度在波動(dòng)傳播速度的70％以下時(shí)，可以達(dá)到穩(wěn)定的受流狀態(tài)13J。因此列車運(yùn)行速度越高，則要求接觸線波動(dòng)傳播速度也越大，必須增加接觸線的架線張力或者降低線密度。對(duì)于等截面的同類材料，線密度差別很小，所以只能依靠增加接觸線的線張力，但接觸線允許使用的架線張力與接觸線的拉斷力有關(guān)，增

2、加接觸線面積以增加拉斷力。同時(shí)也增加了線密度。并不能降低13值(行車速度與波動(dòng)傳播速度之比)15J再考慮接觸線允許的磨耗和安全系數(shù)等因素，實(shí)際上是必須提高接觸線的抗拉強(qiáng)度。高速列車電力牽引用接觸線是通過(guò)電力機(jī)車受電弓滑板滑動(dòng)摩擦直接接觸向電力機(jī)車輸送電流的導(dǎo)線。它除正常的磨耗外，除在受電弓滑板通過(guò)定位時(shí)而產(chǎn)生電弧，還常常受到非正常的機(jī)械沖擊負(fù)荷和故障大電流的影響而形成離線產(chǎn)生電弧，使接觸線溫度升高【4l。由于接觸線一般是在硬態(tài)下使用的，接觸線溫度升高會(huì)引起機(jī)械強(qiáng)度和表面硬度下降，造成電燒蝕損耗和機(jī)械磨損增加。因此隨著電氣化列車向高速、重載的方向發(fā)展，要求接觸線不但要高強(qiáng)高導(dǎo)

3、，還要有良好的耐高溫軟化性能、耐磨性能。以及良好的平直度以減少離線產(chǎn)生電弧的幾率。【】按照國(guó)內(nèi)僅有的數(shù)家接觸線廠家現(xiàn)有的接觸線設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力，不僅在數(shù)量上難以保證我國(guó)電氣化鐵路發(fā)展需要，其在強(qiáng)度和耐軟化性能方面更難以勝任電力機(jī)車高速重載運(yùn)行的要求。目前我國(guó)高速電氣化鐵路用接觸線主要依靠進(jìn)口f51。因此，開發(fā)出適用于高速化鐵路，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的接觸線迫在劇睫。12l目前，國(guó)內(nèi)外電氣化鐵路使_}}j的接觸導(dǎo)線主要有三大類，分別是：(1)純銅接觸線(硬銅接觸線)(2)銅合金接觸線(3)復(fù)合接觸線。【5一I①純銅接觸線。是一種拉拔后不纖退火就直接使用的硬銅導(dǎo)線，其強(qiáng)化僅靠加1硬化來(lái)實(shí)現(xiàn)，

4、這種接觸線具有導(dǎo)電性能優(yōu)良、耐腐蝕忤能強(qiáng)、施工性能好的優(yōu)點(diǎn)，但其機(jī)械強(qiáng)度往往偏低，尤其是在高溫F抗拉強(qiáng)度人幅度F降。如導(dǎo)線的最高溫度不大于100℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度350MPa以上，似溫度人于150℃后，抗拉強(qiáng)度急速下降；溫度為250℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度為226Mpa：而”1溫度達(dá)到：{ooC時(shí)，抗拉強(qiáng)度僅為157Mpa[引。由f純銅接觸線這種高溫軟化的性能，疑然小適合f1高j巫卜使川。②銅合會(huì)接觸線。銅合會(huì)接觸線強(qiáng)煌，：’^，州臃一r}好，在銅中加入少量合金元素．通過(guò)微合會(huì)化柬在保持一定旨I乜率的條什r農(nóng)挺r：^{《觸線的強(qiáng)度和高溫軟化忭能。剛外“速電7e化鐵路幾乎全部采Jtj銅合會(huì)

5、叛觸甘：7E。州人我國(guó)鐵道部最新杯準(zhǔn)的制合會(huì)接觸線fJ銅銀，銅錫，銅鎂-i類I‘I，碩卜學(xué)位論文銅銀合金導(dǎo)電性優(yōu)良，導(dǎo)電率與銅線相近，可達(dá)到97％IACS以上，但強(qiáng)度、耐磨性，特別是耐高溫性較差，不能滿足較高速度鐵路的需求。銅鎂接觸線的強(qiáng)度高，可達(dá)到490Mpa以上。但由于鎂是非?；顫姷慕饘伲籽趸?，在空氣中即可點(diǎn)燃，是極易氧化的元素，而且導(dǎo)電率較差，一般電導(dǎo)率在62％以上。同時(shí)銅鎂合金熔煉工藝復(fù)雜，制造難度也很大。[12銅錫接觸線的導(dǎo)電率強(qiáng)度和導(dǎo)電率介于銅銀和銅鎂之間，具有較高的軟化溫度，同時(shí)與受電弓滑板接觸時(shí)不容易引起大的火花放電。對(duì)于高速鐵路，使用Cu．Sn接觸線比較

6、有前途一種接觸導(dǎo)線【9,12。．③復(fù)合接觸線。復(fù)合接觸導(dǎo)線主要有鋁包鋼和銅包鋼兩種。如圖1．2圖1．2復(fù)合接觸導(dǎo)線鋁包鋼接觸線是在鋼芯外包覆鋁的一種復(fù)合線材．由于內(nèi)芯為鋼材．所以強(qiáng)度很高，可以實(shí)現(xiàn)大跨度架設(shè)，能承受高原地區(qū)冰霜堆積的壓力，并且有較好的防腐蝕能力．我國(guó)早期的電氣化鐵路主要采用這種接觸線，20世紀(jì)90年代以前，約有70％電氣化鐵路使用。目Ij{『在國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于襄樊、銀川、蘭州等供電段．但是由于其導(dǎo)電性差，對(duì)于電氣化鐵路的長(zhǎng)距離輸電會(huì)造成很大的電損耗．因此新架設(shè)和改造的電氣化鐵路都不采用這類接觸線。鋁包鋼接觸線正逐漸被淘汰121．銅包鋼接觸線是在鋼芯外包覆紫銅而

7、制備成的一種高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性、耐軟化、耐磨損的異型線材。相對(duì)鋁包鋼接觸線，銅包鋼強(qiáng)度和導(dǎo)電率都高。但是在小截面時(shí)優(yōu)勢(shì)不明顯。而大截面接觸線線密度大，使加大懸掛張力以提高波動(dòng)傳播速度的效果受到了限制。且銅包鋼接觸線的加工較為困難，成形工藝較為復(fù)雜，對(duì)技術(shù)要求很高，成本很高，對(duì)它的大范圍應(yīng)用的條件還不夠成熟。目前僅日本在其鐵路線上應(yīng)用此類接觸線。12,13】相對(duì)而言，，銅包鋼接觸線是性能最理想的產(chǎn)品，是接觸線的發(fā)展方向之一，但其屬?gòu)?fù)合線材加工方法太復(fù)雜，技術(shù)要求太高，成本太高，在短時(shí)『自J內(nèi)難以形成一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。銅