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1、(10)申请公布号 CN 104032245 A (43)申请公布日 2014.09.10 C N 1 0 4 0 3 2 2 4 5 A (21)申请号 201410249942.3 (22)申请日 2014.06.06 C22F 1/08(2006.01) C22C 9/06(2006.01) (71)申请人中国科学院金属研究所 地址 110016 辽宁省沈阳市沈河区文化路 72号 (72)发明人姜海昌 闫德胜 戎利建 赵明久 胡小锋 宋元元 陈胜虎 (74)专利代理机构沈阳优普达知识产权代理事 务所(特殊普通合伙) 21234 代理人张志伟 (54) 发明名称 一种超细晶高性能CuCrN。
2、iSi合金槽楔制备 工艺 (57) 摘要 本发明涉及大功率发电机转子槽楔材料领 域，具体地说是一种超细晶高性能CuCrNiSi合金 槽楔的制备工艺。本发明对CuCrNiSi合金槽楔 的制备工艺进行改进，通过引入连续挤压工艺，实 现细化晶粒，之后再通过微冷变形及时效处理， 实现高强高导CuCrNiSi合金槽楔的制备。该工 艺能显著细化CuCrNiSi合金的晶粒，并通过晶粒 细化、形变强化以及析出强化，提高槽楔的力学性 能，同时保证较高的电学性能，进而制备性能优良 的CuCrNiSi槽楔材料。利用连续挤压显著细化 CuCrNiSi合金的晶粒，形成超细晶CuCrNiSi合 金，使其在保持导电率基本不。
3、变以及较低的冷变 形量的条件下，力学性能得到显著提高。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104032245 A CN 104032245 A 1/1页 2 1.一种超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，其特征在于，具体制备步骤如下： (1)采用真空感应熔炼CuCrNiSi铸锭； (2)在900940之间挤压成棒材，挤压比为6.010.0，水淬至室温； (3)棒材进行连续挤压处理，挤压成接近成品形状槽楔，挤压比控制在0.61.2，水冷 。
4、至室温； (4)连续挤压后，槽楔经过加工率为06的冷拉拔处理，形成成品槽楔形状； (5)成品形状的槽楔在450520进行13小时的时效处理。 2.按照权利要求1所述的超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，其特征在 于，按重量百分比计，CuCrNiSi合金的化学成分为，0Cr0.30；1.5Ni2.4； 0.6Si1.5；0Zr0.4，其余杂质含量总和0.30，Cu余量。 3.按照权利要求1所述的超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，其特征在于，连 续挤压处理后，CuCrNiSi合金槽楔的晶粒显著细化，晶粒尺寸范围为0.210m。 4.按照权利要求1所述的超细晶高性能CuCrNi。
5、Si合金槽楔制备工艺，其特征在于，槽 楔的冷变形量较低，仅为06。 5.按照权利要求1所述的超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，其特征在于， 经过冷拉拔变形和时效处理后，屈服强度范围为650700MPa，抗拉强度范围为680 750MPa，延伸率范围为1418，导电率3040IACS。 权 利 要 求 书CN 104032245 A 1/5页 3 一种超细晶高性能 CuCrNiSi 合金槽楔制备工艺 技术领域 0001 本发明涉及大功率发电机转子槽楔材料领域，具体地说是一种超细晶高性能 CuCrNiSi合金槽楔的制备工艺。 背景技术 0002 发电机转子是汽轮发电机组中最为关键的核心。
6、构件，铜合金槽楔镶嵌在转子的内 表面，承接转子线槽内的线圈并随转子高速旋转。在旋转过程中，槽楔需承受巨大的离心 力，需要具备较高的强度、较好的延展性和优异的导电率。同时，在非正常条件下槽楔还需 承受由短路所造成的温升。因此，除具备良好的力学性能外，还需要具备一定的高温性能。 随着汽轮发电机组技术的发展，对铜合金槽楔的性能需求越来越高。从上个世纪60年带开 始，槽楔主要采用的是CuCo2BeZr合金，但由于合金存在Be等环境不友好元素，一直受到诟 病。 0003 后期，我们国家开展逐步发展CuNiCrSi系列合金，但是该系列合金在较低冷变形 量的条件下的各项性能显著低于CuCo2BeZr合金，尤。
7、其是在抗拉强度方面。而如果通过单 纯的加大冷变形量来提高合金的强度，又会对槽楔的安全性产生较大的影响。因此，如何保 证不损害导电率的条件下，通过较低的冷变形来获得高强度CuNiCrSi合金成为一大难题。 发明内容 0004 本发明的目的是提供一种超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，利用连续 挤压显著细化CuCrNiSi合金的晶粒，形成超细晶CuCrNiSi合金，使其在保持导电率基本不 变以及较低的冷变形量的条件下，力学性能得到显著提高。 0005 为了实现上述目的，本发明的技术方案是： 0006 一种超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，具体制备步骤如下： 0007 (1)采。
8、用真空感应熔炼CuCrNiSi铸锭； 0008 (2)在900940之间挤压成棒材，挤压比为6.010.0，水淬至室温； 0009 (3)棒材进行连续挤压处理，挤压成接近成品形状槽楔，挤压比控制在0.61.2， 水冷至室温； 0010 (4)连续挤压后，槽楔经过加工率为06的冷拉拔处理，形成成品槽楔形状； 0011 (5)成品形状的槽楔在450520进行13小时的时效处理。 0012 所述的超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，按重量百分比计，CuCrNiSi合 金的化学成分为，0Cr0.30；1.5Ni2.4；0.6Si1.5；0Zr0.4，其余 杂质含量总和0.30，Cu余量。 0。
9、013 所述的超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，连续挤压处理后，CuCrNiSi合 金槽楔的晶粒显著细化，晶粒尺寸范围为0.210m。 0014 所述的超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，槽楔的冷变形量较低，仅为 06。 说 明 书CN 104032245 A 2/5页 4 0015 所述的超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，经过冷拉拔变形和时效处理 后，屈服强度范围为650700MPa，抗拉强度范围为680750MPa，延伸率范围为14 18，导电率3040IACS。 0016 本发明的设计思想是： 0017 本发明对CuCrNiSi合金槽楔的制备工艺进行改进。
10、，通过引入连续挤压工艺，实现 细化晶粒，之后再通过微冷变形及时效处理，实现高强高导CuCrNiSi合金槽楔的制备。该 工艺能显著细化CuCrNiSi合金的晶粒，并通过晶粒细化、形变强化以及析出强化，提高槽 楔的力学性能，同时保证较高的电学性能，进而制备性能优良的CuCrNiSi槽楔材料。 0018 本发明的优点及有益效果在于： 0019 1、本发明通过采用连续挤压工艺，CuCrNiSi合金的晶粒得到明显细化。 0020 2、本发明通过采用连续挤压和冷变形时效处理，使得CuCrNiSi合金的力学性能 得到明显提高，并且导电率没有显著降低。 0021 3、本发明通过对CuCrNiSi合金进行连续挤。
11、压后，仅需很小的冷变形量，甚至无需 进行冷变形，在时效后仍然获得较高的力学性能。 附图说明 0022 图1为本发明超细晶高性能槽楔制备工艺流程图。 0023 图2为本发明超细晶CuCrNiSi槽楔的显微组织照片。 0024 图3为普通工艺生产的CuCrNiSi槽楔的显微组织照片。 具体实施方式 0025 在本发明的具体实施方式中，超细晶高性能CuCrNiSi合金槽楔制备工艺，具体步 骤如下： 0026 (1)采用真空感应熔炼CuCrNiSi铸锭； 0027 (2)在900940之间挤压成棒材，挤压比为6.010.0，水淬至室温； 0028 (3)棒材进行连续挤压处理，挤压成接近成品形状槽楔，挤。
12、压比控制在0.61.2， 水冷至室温； 0029 在通过连续挤压设备进行连续挤压的过程中，挤压轮的转速控制在110rpm，模 具初始温度40020，CuCrNiSi合金在模具出口处的温度为50020。 0030 (4)连续挤压后，槽楔经过加工率为06(优选为14)的冷拉拔处理，形 成成品槽楔形状； 0031 (5)成品形状的槽楔进行450520保温13小时的时效处理。 0032 其中，按重量百分比计，CuCrNiSi合金的化学成分为，0Cr0.30(优选 为0.15Zr0.25)；1.5Ni2.4；0.6Si1.5；0Zr0.4(优选为 0.15Zr0.35，其余杂质含量总和0.30，Cu余量。
13、。连续挤压处理后，CuCrNiSi 合金的晶粒显著细化，晶粒尺寸在0.210.0m范围内(获得最优性能的晶粒尺寸范围 为0.55.0m)。 0033 本发明CuCrNiSi合金的化学成分中，采用特定含量的Zr、Cr，并与Ni、Si、协同作 用增加合金的力学性能。这是因为已有的研究结果表明，含有Cr和Zr的Cu合金进行连续 说 明 书CN 104032245 A 3/5页 5 挤压过程中，会有弥散的纳米级的单质Cr、富Cr相以及CuCr 2 Zr相析出，这些弥散的析出相 不仅本身会提高合金的力学性能，而且也能够增加后续冷变形的增强效果。 0034 一般认为，在合金固溶处理后，采用较大的冷变形，使。
14、合金内部增加位错、层错、空 位和晶格畸变等晶体缺陷，使合金在时效过程中，大大增加第二相细小强化相析出时形核 的核心位置和数量，析出相更加细小，更弥散分布，从而提高了合金时效后的性能。但是，过 大的冷变形在提升强度的同时，却在合金内部产生大量的缺陷，而这些缺陷在随后的时效 过程中不能被完全消除，降低了槽楔在使用过程中的安全性。因此，在本发明中，提高槽楔 性能主要通过晶粒细化来完成，槽楔的冷变形量控制极低，仅在06之间，从而保证槽 楔的可靠性。 0035 经过冷拉拔变形和时效处理后，屈服强度范围为650700MPa，抗拉强度范围 为680750MPa，延伸率范围为1418，导电率3040IACS，。
15、形成超细晶高强高导 CuCrNiSi合金槽楔。 0036 下面通过实施例和附图对本发明进一步详细描述。 0037 实施例1 0038 采用纯铜、铜铬中间合金、纯锆以及纯Ni等原材料进行真空冶炼，合金化学成分 见表1。 0039 表1合金的化学成分(wt.) 0040 合金Ni Cr Si Zr Cu 1# 2.10 0.10 0.8 0.25余量 0041 具体的生产工艺如图1，实际操作步骤如下： 0042 (1)铸锭利用热挤压制备CuCrNiSi合金棒材，热挤压温度900940，保温时间 13h(本实施例中，热挤压温度910，时间2h)，挤压比为6.010.0(本实施例中，挤压 比为8.0)。
16、，水淬至室温； 0043 (2)合金棒材进行连续挤压处理，挤压后形成槽楔坯料，挤压比为0.61.2(本实 施例中，连续挤压出口尺寸为成品槽楔尺寸，挤压比为1)，水冷至室温； 0044 在通过连续挤压设备进行连续挤压的过程中，挤压轮的转速控制在4rpm，模具初 始温度420，CuCrNiSi合金在模具出口处的温度约为500。 0045 (3)连续挤压后，槽楔坯料经过加工率为06(本实施例为3，即未经过冷变 形)的冷拉拔成半成品槽楔；其中，加工率(冷拉拔前截面积-冷拉拔后截面积)/冷拉 拔前截面积； 0046 (4)半成品槽楔在450520时效处理13h(本实施例中，时效处理温度 480，时间2h。
17、)，获得CuCrNiSi槽楔。 0047 图2为成品CuCrNiSi槽楔的显微组织图，从图中可以看出，合金的晶粒较为均匀， 晶粒尺寸仅为35m。而未经连续挤压槽楔的微观组织(除连续挤压工艺外，其余所有 工艺和参数均与实施案例1相同)见图3，其晶粒尺寸约为30m左右，为超细晶CuCrNiSi 槽楔的10倍。这种显著的晶粒细化将使得槽楔的力学性能得到较大的提高，成品槽楔的力 学性能及电学性能测试结果见表2。从表中可以看出，经过连续挤压后处理，CuCrNiSi槽楔 说 明 书CN 104032245 A 4/5页 6 的力学性能较高，同时导电率也保持在较高的水平。 0048 表2超细晶CuCrNiS。
18、i槽楔的力学性能及电学性能 0049 0050 实施例2 0051 采用纯铜、铜铬中间合金、纯锆以及纯Ni等原材料进行真空冶炼，合金化学成分 见表3。 0052 表3合金的化学成分(wt.) 0053 合金Ni Cr Si Zr Cu 2# 1.9 0.12 0.7 0.12余量 0054 具体步骤如下： 0055 (1)铸锭利用热挤压制备CuCrNiSi合金棒材，热挤压温度920，保温时间2h，挤 压比为9.0，水淬至室温； 0056 (2)合金棒材进行连续挤压处理，挤压后形成槽楔坯料，挤压比为0.9，水冷至室 温；在通过连续挤压设备进行连续挤压的过程中，挤压轮的转速控制在4rpm，模具初始。
19、温 度420，CuCrNiSi合金在模具出口处的温度约为500； 0057 (3)连续挤压后的槽楔不经冷变形处理； 0058 (4)槽楔在500时效处理3h炉冷，获得高性能CuCrNiSi成品槽楔。 0059 该工艺条件下获得的CuCrNiSi成品槽楔的微观组织与实施案例1中相同，晶粒尺 寸也没有明显变化，均为35m左右。表4给出了合金的力学性能及电学性能测试结果。 可以看出，经过冷变形及时效处理，铜铬锆合金焊缝屈服和抗拉强度与基体相近，并且导电 率没有显著降低。 0060 表4铜铬锆合金焊缝与基体力学及电学性能对比 0061 说 明 书CN 104032245 A 5/5页 7 0062 实施例结果表明，本发明对CuCrNiSi槽楔的工艺改进是有效的，通过对CuCrNiSi 合金进行连续挤压处理显著细化晶粒，之后进行微冷变形和时效处理，通过晶粒细化即可 获得高性能槽楔材料。该工艺可显著的提高CuCrNiSi合金的力学性能，并保持较高的电学 性能。 说 明 书CN 104032245 A 1/2页 8 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104032245 A 2/2页 9 图3 说 明 书 附 图CN 104032245 A 。