铜镁合金与铜锡合金的接触线性能比较研究.pdf

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1、铜镁合金与铜锡合金的接触线性能比较研究邱正晓中国铁建电气化局集团公司，江苏江阴2145211引言高速铁路在社会经济发展中发挥着重要作用。高速铁路对接触线性能提出了更高的要求，在进一步提高接触线抗拉强度(拉断力)的同时，还要有尽可能高的导电率。这些要求推动了接触线研究和制造技术的发展。目前在我国现行高速铁路中采用的有铜镁合金接触线和铜锡合金接触线。研究发现，前者的机电性能(抗拉强度与导电率)明显优于后者，更有利于提高运营安全可靠性和降图1不同合金元素对铜导电率的影响低能源消耗。锡的影响2接触线用高强高导铜合金的设计室温下，锡在铜中的溶解度小于1

2、．2％，具有固溶强化2．1高强高导铜合金的设计思路效果，明显地提高铜的机械}生能、耐蚀性能，但使导电性能、提高铜合金接触线的抗拉强度，可以有多种途径。例如，导热性能降低，但与其它高含量铜合金结构材料相比较，仍冷加工强化、细晶强化以及固溶强化、析出强化等多种强化属于优良的导电、导热材料。锡与铜形成的合金具有优秀的方法。上述的强化方法可以通过不同的制备工艺来实现，常综合性能。用的高强度高导电铜合金接触线的制备工艺有：冷形变、热镁的影响处理、【五『溶时效热处理、快速凝固、机械合金化、人工复合、在共晶温度722~CH~，镁在铜中的固溶度为3．3％，并

3、自生复合等。随着温度的下降而急剧减少，常温下<1％，因而含镁量高2．2合金元素的选择(2．5％一3．5％)的合金又有沉淀硬化作用，不过由于第二相的采用固溶强化原理制备高强度高导电性铜合金的原则，出现，合金的加卫陛能大大下降，没有实用价值。而实际应是要选择强化效果好、对导电率影响较小的元素。微量合用的Cu—Mg合金的镁含量还不到1％，如含O．3％一0．7％Mg金元素对铜的导电率的影响见图1。常用的固溶强化元素有的铜镁合金，可以实现固溶强化，用于制造接触线。这种铜Cd、Ag、Mg、Sn、Cr、Zr等，其中Cd的效果好，但对人镁合金只能通过冷加工强

4、化。微量镁可提高铜的抗高温软化体有害，并对环境造成污染。能力性能，但也使导电率有所下降。铜银合金接触线、铜锡合金接触线、铜镁合金接触线是2．3合金含量对导电率的影响目前世界各国广泛采用的铜合金接触线。银价格很高，加入铜锡合金、铜镁合金中，随着锡、镁元素含量的增加，铜中并不能提高接触线的常温机械强度，却可以提高接触线其导电率逐渐下降，如图2所示。对铜合金导电性的影响，的耐软化性能，还有和纯铜相同的高导电性能。锡和镁元素主要是固溶于铜基体中的锡、镁元素原子尺寸与铜原子不同，加入铜中都使导电率下降，但可以明显提高铜的机械强度，进入铜基体后，引起点阵

5、畸变。而点阵畸变增加了电子散射用于生产接触线，可以满足高速铁路悬挂张力加大的要求。作用，致使铜合金的导电率下降。我们对不同元素含量的铜锡合金与铜镁合金接触线进行了试验、比较。生产工艺均采用上引连铸+连续挤压工艺制备细晶粒杆坯，然后进行冷轧和拉拔成型，制成接触线成品。冷变形量控制在73％。将试验结果绘成的曲线如图5所示。图2锡、镁元素添加量对硬态铜导电率的影响2。4冷变形量对性能的影响铜锡、铜镁合金的冷加工性能良好，其冷变形量可达80％以上，合金的冷变形量与抗拉强度之间的关系见图3。图5铜锡、铜镁合金接触线机电性能变化的差异从图5可以看出，1)

6、随着锡、镁元素(溶质原子)含量增加，合金的强度近似直线上升，溶质原子一方面通过柯氏气团钉扎位错，阻碍位错运动，提高材料的强度；2)同时，也增加对电子的散射作用，而使导电率下降；3)铜镁合金接触线和铜锡合金接触线相比，若导电率相同，强度更高；图3铜锡合金、铜镁合金冷变形量与抗拉强度之间的关系若抗拉强度相同，则导电率更高。并且，这一差别随合金元素含量增加(即抗拉强度更高，或导电率下降更多)更加明由图3可见，不经冷加工的合金的抗拉强度均低于显。这是由于铜镁合金具有比铜锡合金更优的固溶强化效果。300MPa，随着冷变形量的增加，抗拉强度上升很快。冷加

7、4)当铜镁合金接触线的导电率为65％[ACS时，其抗拉强工可以提高合金抗拉强度，是由于冷加工使晶界的状况发生度可达到560MPa，而铜锡合金接触线只能达到480MPa，而了变化，晶格畸变、位错增加等因素促使位错运动阻力加大，对于《300～350km／h电气化铁路接触网装备暂行技术条件》材料强度增加。冷变形对此类合金的强化作用非常明显。(OCS-3)标准(抗拉强度≥500MPa，导电率≥62％IACS)由图4可见，两种加工工艺产品的晶粒大小的明显差别。要求，铜锡合金已经不能满足要求，而铜镁合金仍然有很大的性能富余量。4结论(1)用于接触线的高强

8、高导铜合金，应采用合金强化的一思路进行铜合金成分设计，具备商品化生产的工艺是，固溶强化+细晶强化+冷变形硬化的综合强化机制；(2)连续a．图为未经过连续挤压b．为经