专利名称：高强度镍铬硅铜合金材料及其加工工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铜合金材料及其加工工艺，更具体地说，是涉及高强度镍铬硅铜 合金材料及其加工工艺。
背景技术：
目前，我国各大型发电机制造厂家为了提高汽轮发电机的不平衡运行能力和保证 由于发电机负序电流造成温度升高后机组的安全可靠性，对所选用的转子槽楔材料要求必 须有较高的导电性和具备很高的常温和高温机械性能。多年来，国内一些大型汽轮发电机组制造厂家对300MW以上发电机组所选用的汽 轮发电机转子槽楔材料多数采用美国西屋发电公司技术条件所提出的合金材料，即铍钴锆 铜合金材料，其化学成分为=Pe 0. 45 0. 75%,Co :2. 5 2. 7%、Zr :0. 2 0. 3%、杂质总 量<0.3%、Cu余量。该种材料经固溶强化处理后，其各项性能指标优良。然而，这种合金 存在以下的不足铍毒性较大，每一立方米的空气中只要有一毫克铍的粉尘，就会使人染上 急性肺炎_铍肺病；铍、钴金属的价格昂贵，使铍钴锆铜合金材料成本较高。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供了一种毒性小、成本低的高强度镍铬硅铜合金材 料及其加工工艺。为了实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明的组成的质量配 比为:Ni 2. 2. 9%, Cr 0. 4%~ 0. 7%, Si 0. 3%~ 0. 7%、杂质总量彡 0. 3%, Cu 余量。本发明的加工工艺为1、熔铸采用工频电炉熔炼半连续铸造的方法进行，熔铸时Cu、Ni可直接装炉加入，Cr以 铬粉形式预先装入紫铜管中，将铜管两端封闭，然后以料包的形式加入，Si待出炉浇铸前加 入；熔铸IOOkg镍铬硅铜合金材料时，加入94. 35kg 95. 2kg的铜和2. Ikg 2. 9kg 的镍直接装炉，熔铸温度达到1290 1310°C时加入含铬0. 4kg 0. 7kg的紫铜管料包，紫 铜管的质量为1. 5kg，熔铸温度达到1330 1350°C时加入质量为0. 3kg 0. 7kg的Si，然 后在炉口液面加入硼砂进行覆盖，防止氧化造渣，覆盖厚度为30 40mm，待熔铸温度达到 1350 1370°C时出炉浇铸坯料，熔铸坯料的规格可根据要求配备不同规格结晶器实现；2、压力加工熔铸后的坯料经表面打磨或脱皮去除表面缺陷后，进行压力加工开坯，压力加工 开坯可采用加热锻造、加热挤压或热轧的方法，加热温度为920 960°C，终了温度不低于 800 0C ；3、高温固溶淬火热处理
采用电阻加热炉进行高温固溶淬火热处理，将料装炉升温至950 970°C，并在该 温度下保温50 70分钟，待料温均勻后出炉，水淬速冷，水温控制在30°C以下；4、冷压力加工可采用冷锻造、冷拉拔或冷轧的方法进行加工，冷变形率控制在50% 60. 9% ；5、时效热处理采用电阻加热炉进行时效热处理，将料装炉升温至450 470°C，并在该温度下保 温5 6小时，然后随炉冷却，当料温降至150°C以下时出炉；6、机械加工。本发明的有益效果含镍、铬、硅元素的铜合金材料具有机械性能高、耐蚀、耐磨、可热、冷压力加工，无 磁性，冲击时不易产生火花的优点。本发明以造价低、毒性小的镍、铬、硅作为高强度镍铬硅铜合金材料的元素组成， 既实现了环保，又节约了成本，而且实验证明，高强度镍铬硅铜合金材料与铍钴锆铜合金材 料的性能参数相接近。本发明对几种铜合金材料的性能进行了比较，见表1。表1不同铜合金材料的性能比较
权利要求
1.高强度镍铬硅铜合金材料，其特征在于本发明的组成的质量配比为Ni:2. 2. 9%, Cr 0. 4% 0. 7%, Si 0. 3% 0. 7%、杂质总量彡 0. 3%、Cu 余量。
2.根据权利要求1所述的高强度镍铬硅铜合金材料，其特征在于本发明的组成的质量 配比为=Ni 2. 9%, Cr 0. 55%, Si :0. 7%、杂质总量彡 0.3%、Cu 余量。
3.根据权利要求1所述的高强度镍铬硅铜合金材料，其特征在于本发明的组成的质量 配比为:Ni 2. 5%, Cr :0. 5%, Si :0· 5%、杂质总量彡 0. 3%、Cu 余量。
4.根据权利要求1所述的高强度镍铬硅铜合金材料，其特征在于本发明的组成的质量 配比为:Ni 2. l%,Cr :0. 7%, Si :0· 3%、杂质总量彡 0. 3%、Cu 余量。
5.高强度镍铬硅铜合金材料的加工工艺，其特征在于，本发明的加工工艺为(1)熔铸采用工频电炉熔炼半连续铸造的方法进行，熔铸时Cu、Ni可直接装炉加入，Cr以铬粉 形式预先装入紫铜管中，将紫铜管两端封闭，然后以料包的形式加入，Si待出炉浇铸前加 入；熔铸IOOkg镍铬硅铜合金材料时，加入94. 35kg 95. 2kg的铜和2. Ikg 2. 9kg的镍 直接装炉，熔铸温度达到1290 1310°C时加入含铬0. 4kg 0. 7kg的紫铜管料包，紫铜管 的质量为1. 5kg，熔铸温度达到1330 1350°C时加入质量为0. 3kg 0. 7kg的Si，然后在 炉口液面加入硼砂进行覆盖，覆盖厚度为30 40mm，待熔铸温度达到1350 1370°C时出 炉浇铸坯料；(2)压力加工熔铸后的坯料经表面打磨或脱皮去除表面缺陷后，进行压力加工开坯，压力加工开 坯可采用加热锻造、加热挤压或热轧的方法，加热温度为920 960°C，终了温度不低于 800 0C ；(3)高温固溶淬火热处理采用电阻加热炉进行高温固溶淬火热处理，将料装炉升温至950 970°C，并在该温度 下保温50 70分钟，待料温均勻后出炉，水淬速冷，水温控制在30°C以下；(4)冷压力加工可采用冷锻造、冷拉拔或冷轧的方法进行加工，冷变形率控制在50% 60. 9% ；(5)时效热处理采用电阻加热炉进行时效热处理，将料装炉升温至450 470°C，并在该温度下保温 5 6小时，然后随炉冷却，当料温降至150°C以下时出炉；(6)机械加工。
6.根据权利要求5所述的高强度镍铬硅铜合金材料的加工工艺，其特征在于，本发明 的加工工艺为(1)熔铸采用工频电炉熔炼半连续铸造的方法进行，熔铸时Cu、Ni可直接装炉加入，Cr以铬粉 形式预先装入紫铜管中，将紫铜管两端封闭，然后以料包的形式加入，Si待出炉浇铸前加 入；熔铸IOOkg镍铬硅铜合金材料时，加入95. 2kg的铜和2. Ikg的镍直接装炉，熔铸温度 达到1290 1310°C时加入含铬0. 7kg的紫铜管料包，紫铜管的质量为1. 5kg，熔铸温度达到1330 1350°C时加入0. 5kg的Si，然后在炉口液面加入硼砂进行覆盖，覆盖厚度为30 40mm，待熔铸温度达到1350 1370°C时出炉浇铸坯料，熔铸坯料的规格可根据要求配备不 同规格结晶器实现，熔铸坯料的规格为# 180*L;(2)锻造加工首先将坯料经表面打磨或脱皮去除表面缺陷后锯切锻造坯料，采用电阻加热炉加热， 当料温升温至920 960°C时出炉锻造，坯料锻造的终了温度应不低于800°C，热锻造坯料 尺寸为60*90*L ；(3)高温固溶淬火热处理采用电阻加热炉进行高温固溶淬火热处理，将料装炉升温至950 970°C，并在该温度 下保温70分钟，待料温均勻后出炉，水淬速冷，水温控制在30°C以下；(4)冷锻造加工在常温下进行锻造，锻造尺寸为45*60*L，冷变率控制在50% ；(5)时效热处理采用电阻加热炉进行时效热处理，将料装炉升温至450 470°C，并在该温度下保温6 小时，然后随炉冷却，当料温降至150°C以下时出炉；(6)机械加工锻造棒材表面利用铣床机加工。
7.根据权利要求5所述的高强度镍铬硅铜合金材料的加工工艺，其特征在于，本发明 的加工工艺为(1)熔铸采用工频电炉熔炼半连续铸造的方法进行，熔铸时Cu、Ni可直接装炉加入，Cr以铬粉 形式预先装入紫铜管中，将紫铜管两端封闭，然后以料包的形式加入，Si待出炉浇铸前加 入；熔铸IOOkg镍铬硅铜合金材料时，将94. 35kg电解铜和2. 9kg的镍直接装炉，熔铸温 度达到1290 1310°C时加入含铬0. 55kg的紫铜管料包，紫铜管的质量为1. 5kg，熔铸温度 达到1330 1350°C时加入0. 7kg的Si，然后在炉口液面加入硼砂覆盖，覆盖厚度为30 40mm，待熔铸温度达到1350 1370°C时出炉浇铸坯料，熔铸坯料的规格可根据要求配备不 同规格结晶器实现，熔铸坯料的规格为# 145礼；(2)挤压加工首先将坯料经表面打磨或脱皮去除表面缺陷后锯切挤压坯料，采用电阻加热炉加热， 当料温升温至920 960°C时出炉挤压，挤压设备为1500吨水封挤压机，挤压的终了温度应 不低于800°C，挤压尺寸为Φ32* ;(3)高温固溶淬火热处理采用电阻加热炉进行高温固溶淬火热处理，将料装炉升温至950 970°C，并在该温度 下保温60分钟，待料温均勻后出炉，水淬速冷，水温控制在30°C以下；(4)冷拉拔加工在常温下进行拉拔，设备为20吨直线拉伸机，先将坯料由Φ32* 冷拉拔至Φ27^，接 着将Φ27* 冷拉拔至Φ24* ，然后将Φ24* 冷拉拔至Φ22* ，最后将Φ22* 冷拉拔至 Φ20* ，冷变形率控制在60. 9% ；(5)时效热处理采用电阻加热炉进行时效热处理，将料装炉升温至450 470°C，并在该温度下保温 5. 5小时，然后随炉冷却，当料温降至150°C以下时出炉；(6)机械加工拉制棒材利用矫直机矫直。
8.根据权利要求5所述的高强度镍铬硅铜合金材料的加工工艺，其特征在于，本发明 的加工工艺为(1)熔铸采用工频电炉熔炼半连续铸造的方法进行，熔铸时Cu、Ni可直接装炉加入，Cr以铬粉 形式预先装入紫铜管中，将紫铜管两端封闭，然后以料包的形式加入，Si待出炉浇铸前加 入；熔铸IOOkg镍铬硅铜合金材料时，将95kg电解铜和2. 5kg的镍直接装炉，熔铸温度达 到1290 1310°C时加入含铬0. 5kg的紫铜管料包，紫铜管的质量为1. 5kg，熔铸温度达到 1330 1350°C时加入0. 5kg的Si，然后在炉口液面加入硼砂覆盖，覆盖厚度为30 40mm， 待熔铸温度达到1350 1370°C时出炉浇铸坯料，熔铸坯料的规格可根据要求配备不同规 格结晶器实现，熔铸坯料的规格为60*300*L ；(2)热轧加工首先将坯料经表面打磨或脱皮去除表面缺陷后锯切轧制坯料，采用电阻加热炉加热， 当料温升温至920 960°C时出炉挤压，轧制设备为Φ550轧机，轧制的终了温度应不低于 800°C，通过热轧制将尺寸为60*300*L的坯料热轧至22*300*L ；(3)高温固溶淬火热处理采用电阻加热炉进行高温固溶淬火热处理，将料装炉升温至950 970°C，并在该温度 下保温50分钟，待料温均勻后出炉，水淬速冷，水温控制在30°C以下；(4)冷轧加工在常温下进行冷轧加工，轧制设备为Φ550轧机，先将坯料由22*300*L冷轧至 18*300礼，接着将18*300礼冷轧至15*300礼，然后将15*300礼冷轧至13*300礼，然后将 13*300礼冷轧至11*300*L，最后将11*300*L冷轧至10*300*L，冷变形率控制在54. 6% ；(5)时效热处理采用电阻加热炉进行时效热处理，将料装炉升温至450 470°C，并在该温度下保温5 小时，然后随炉冷却，当料温降至150°C以下时出炉；(6)机械加工利用矫平机矫平板面。
全文摘要
高强度镍铬硅铜合金材料及其加工工艺涉及一种铜合金材料及其加工工艺，更具体地说，是涉及高强度镍铬硅铜合金材料及其加工工艺。本发明提供了一种毒性小、成本低的高强度镍铬硅铜合金材料及其加工工艺。本发明的组成的质量配比为Ni2.1％～2.9％、Cr0.4％～0.7％、Si0.3％～0.7％、杂质总量≤0.3％、Cu余量。本发明的加工工艺为熔铸、压力加工、高温固溶淬火热处理、冷压力加工、时效热处理、机械加工。
文档编号B22D21/02GK102108459SQ20091024865
公开日2011年6月29日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者李廷元, 杨素娟, 王嗣杰, 白继明 申请人:沈阳兴工铜业有限公司