專利名稱：一種用于電機(jī)制造的銅材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，尤其涉及微合金化的銅材，特別是一種用于電機(jī)制造的銅材及其制造方法。
背景技術(shù)：
銅因?yàn)槠鋬?yōu)良的導(dǎo)電性、良好的抗氧化和耐腐蝕性、較好的機(jī)械性能及易加工成型的性能，被廣泛用于電力輸送、機(jī)電制造以及其他各個(gè)領(lǐng)域。在以電能為動(dòng)力源的設(shè)備中，電機(jī)是設(shè)備的心臟。在電機(jī)的構(gòu)造中，以銅為主要用材的電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)條便是維持其心臟正常工作的主動(dòng)脈。大型電機(jī)的每次啟動(dòng)都會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條造成巨大的能量輸入。以用于城市軌道高速列車為代表的大轉(zhuǎn)矩牽引電機(jī)，其工作特點(diǎn)是重載啟動(dòng)甚至是超載啟動(dòng)，并且啟停周期短、頻率高。電機(jī)在啟停過(guò)程中，堵轉(zhuǎn)能轉(zhuǎn)化為熱能使得電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生高熱，隨著導(dǎo)條溫度的升高，其抗拉強(qiáng)度會(huì)明顯下降。由于發(fā)熱和冷卻反復(fù)進(jìn)行，導(dǎo)條受交變應(yīng)力影響，極易被拉斷或因脹鼓使轉(zhuǎn)子繞組與定子摩擦，影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，成為電機(jī)故障失效的主要形式?，F(xiàn)有技術(shù)中，采用純銅制造此類大型電機(jī)，并用加大導(dǎo)條截面積的方法來(lái)提高導(dǎo)條的強(qiáng)度，以完成在高負(fù)荷下的承載能力。另外，也有采用銅錳合金或鋁合金來(lái)替代純銅來(lái)制作電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)條。采用前一種方案，加大電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)條的截面積，雖然其抗拉強(qiáng)度及剛性都有所提高，但大型電機(jī)的各零部件的尺寸都對(duì)應(yīng)有所增加，導(dǎo)致了電機(jī)體積與重量被迫增加。由于電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增加而產(chǎn)生的自耗能也隨之增加。銅錳合金及其他金屬與銅構(gòu)成的合金銅，由于這些金屬中往往會(huì)含有其他金屬元素，使得這些合金銅的化學(xué)性質(zhì)、導(dǎo)電性能、機(jī)械性能極不穩(wěn)定，焊接性差。用此類合金銅制作電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)條的端部容易拉斷。鋁合金因其強(qiáng)度與抗疲勞極限比銅低，在相同的應(yīng)用場(chǎng)合，其工作可靠性及使用壽命不如銅材。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于電機(jī)制造的銅材，所述的這種用于電機(jī)制造的銅材要解決現(xiàn)有技術(shù)中合金銅構(gòu)成的大型電機(jī)轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條機(jī)械和物理性能差的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的這種用于電機(jī)制造的銅材，由銅和硅組成，所述的硅在所述的銅材中的重量百分比為0. 2% 2%,余量為所述的銅。進(jìn)一步的，所述的硅在所述的銅材中的重量百分比為0. 2% 0. 5%。進(jìn)一步的，所述的硅在所述的銅材中的重量百分比為0. 5% 0. 9%。進(jìn)一步的，所述的硅在所述的銅材中的重量百分比為0. 9% I. 3%。進(jìn)一步的，所述的硅在所述的銅材中的重量百分比為I. 3% 2%。進(jìn)一步的，所述的銅為一號(hào)陰極銅。
本發(fā)明還提供了上述銅材的制造方法，其中，按照重量百分比分別稱取銅和硅，將剪切成條狀的陰極銅和碎石狀的硅一起投入爐膛，然后加熱待熔體，待熔體成熔融狀時(shí)充分?jǐn)嚢璨⑹构杈鶆虻厝廴跀U(kuò)散到銅的熔體中，熔體溫度達(dá)到1150°C 1170°C時(shí)，停止攪拌，靜爐10 15分鐘后開始澆鑄并得到鑄錠，然后將鑄錠加熱至880°C 920°C，再在擠壓機(jī)上采用水封熱擠壓得到拉伸坯料，擠壓速度為38mm/s 50mm/s，最后通過(guò)冷拉拔得到銅材。經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)硅和銅有很強(qiáng)的結(jié)合力，在銅處于熔融狀態(tài)時(shí)，硅能容易的熔融擴(kuò)散到銅的溶體中，并且能使這種合金銅比純銅具有更好的機(jī)械性能。純銅所制的電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)條的抗拉強(qiáng)度為250 270MPa、延伸率為7% 10%，含硅合金銅所制的電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)條的抗拉強(qiáng)度為270 310 MPa、延伸率大于14%。由于娃是一種半導(dǎo)體材料，因此它的 加入可有效調(diào)整合金銅的電導(dǎo)率以滿足電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的要求。合金銅中硅含量在0. 2% 2%之中時(shí)，合金銅可達(dá)到本發(fā)明的目的。如果合金銅中硅含量在0. 2%之內(nèi)，其機(jī)械性能及高熱維持機(jī)械性能的臨界溫度將明顯下降；如果合金銅中硅含量在2%之上時(shí)其焊接性能將明顯下降。本發(fā)明和已有技術(shù)相比較，其效果是積極和明顯的。本發(fā)明克服了現(xiàn)有用于電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)條的材料在性能上的不足，提供一種新型微合金化的銅材。本發(fā)明的銅材具有較強(qiáng)的抗氧化、抗侵蝕能力，恰當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)率，良好的機(jī)械性能，特別是具有在高熱的條件下其機(jī)械性能指標(biāo)不發(fā)生變化的特性。本發(fā)明用于大型電機(jī)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的制造時(shí)，可相對(duì)減小電機(jī)的體積及重量，提高其工作的可靠性，延長(zhǎng)使用壽命。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種用于電機(jī)制造的銅材，由銅和硅組成，所述的硅占所述的銅材的重量百分比為0. 2% 2%,余量為所述的銅。進(jìn)一步的，所述的銅為一號(hào)陰極銅。本發(fā)明制造上述銅材的方法，按照重量百分比分別稱取銅和硅，將剪切成條狀的陰極銅和碎石狀的硅一起投入爐膛，然后加熱待熔體，待熔體成熔融狀時(shí)充分?jǐn)嚢璨⑹构杈鶆虻厝廴跀U(kuò)散到銅的熔體中，熔體溫度達(dá)到1150°C 1170°C時(shí)，停止攪拌，靜爐10 15分鐘后開始澆鑄并得到鑄錠，然后將鑄錠加熱至880°C 920°C，再在擠壓機(jī)上采用水封熱擠壓得到拉伸還料，擠壓速度為38mm/s 50mm/s,最后通過(guò)冷拉拔得到銅材。在實(shí)際選擇合金銅中硅含量時(shí)，是根據(jù)電機(jī)參數(shù)及要求按導(dǎo)條的電導(dǎo)率來(lái)確定硅含量在0. 2% 2%之中的位置。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，以特定電導(dǎo)率值為標(biāo)準(zhǔn)，合金銅中硅含量以此標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，然后按各自所需電導(dǎo)率，從“合金中硅含量與電導(dǎo)率關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)”規(guī)定的相應(yīng)范圍內(nèi)選擇確定值，所述“合金中硅含量與電導(dǎo)率關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)”如下
當(dāng)電導(dǎo)率為(30 20) m/Q mm2時(shí)，合金中硅含量為0. 2% 0. 5%，
當(dāng)電導(dǎo)率為(20 12) m/Q mm2時(shí)，合金中硅含量為0. 5% 0. 9%，
當(dāng)電導(dǎo)率為(12 10) m/Q mm2時(shí)，合金中硅含量為0. 9% I. 3%，
當(dāng)電導(dǎo)率為(10 6.5) m/Q mm2時(shí)，合金中硅含量為I. 3% 2%。本發(fā)明有效提高了材料的機(jī)械性能，使得電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的抗拉強(qiáng)度比純銅提高10% 15%，高熱狀態(tài)下維持機(jī)械性能的臨界溫度由純銅的320°C提高到400°C。本發(fā)明用于相同功率電機(jī)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的設(shè)計(jì)制造，可大幅度減輕電機(jī)的體積和重量，電機(jī)的工作更 可靠，使用壽命更長(zhǎng)。
權(quán)利要求
1.一種用于電機(jī)制造的銅材，其特征在于由銅和硅組成，所述的硅在所述的銅材中的重量百分比為0. 2% 2%,余量為所述的銅。
2.如權(quán)利要求I所述的用于電機(jī)制造的銅材，其特征在于所述的硅在所述的銅材中的重量百分比為0. 2% 0. 5%。
3.如權(quán)利要求I所述的用于電機(jī)制造的銅材，其特征在于所述的硅在所述的銅材中的重量百分比為0. 5% 0. 9%。
4.如權(quán)利要求I所述的用于電機(jī)制造的銅材，其特征在于所述的硅在所述的銅材中的重量百分比為0. 9% I. 3%。
5.如權(quán)利要求I所述的用于電機(jī)制造的銅材，其特征在于所述的硅在所述的銅材中的重量百分比為I. 3% 2%。
6.如權(quán)利要求I所述的用于電機(jī)制造的銅材，其特征在于所述的銅為一號(hào)陰極銅。
7.權(quán)利要求I所述的一種用于電機(jī)制造的銅材的制造方法，其特征在于按照重量百分比分別稱取銅和硅，將剪切成條狀的陰極銅和碎石狀的硅一起投入爐膛，然后加熱待熔體，待熔體成熔融狀時(shí)充分?jǐn)嚢璨⑹构杈鶆虻厝廴跀U(kuò)散到銅的熔體中，熔體溫度達(dá)到1150°C 1170°C時(shí)，停止攪拌，靜爐10 15分鐘后開始澆鑄并得到鑄錠，然后將鑄錠加熱至880°C 920°C，再在擠壓機(jī)上采用水封熱擠壓得到拉伸坯料，擠壓速度為38mm/s 50mm/s,最后通過(guò)冷拉拔得到銅材。
全文摘要
一種用于電機(jī)制造的銅材，由銅和硅組成，硅在銅材中的重量百分比為0.2%～2%，余量為銅。一種上述銅材的制造方法，按照重量百分比分別稱取銅和硅，將剪切成條狀的陰極銅和碎石狀的硅一起投入爐膛，然后加熱待熔體，待熔體成熔融狀時(shí)充分?jǐn)嚢璨⑹构杈鶆虻厝廴跀U(kuò)散到銅的熔體中，熔體溫度達(dá)到1150℃時(shí)，停止攪拌，靜爐后澆鑄得到鑄錠，然后在擠壓機(jī)上采用水封熱擠壓得到拉伸坯料，最后通過(guò)冷拉拔得到銅材。本發(fā)明的銅材具有較強(qiáng)的抗氧化、抗侵蝕能力，恰當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)率，良好的機(jī)械性能，特別具有在高熱條件下機(jī)械性能指標(biāo)不發(fā)生變化的特性。用于大型電機(jī)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的制造時(shí)，可相對(duì)減小電機(jī)的體積及重量，提高其工作的可靠性，延長(zhǎng)使用壽命。
文檔編號(hào)C22C1/02GK102644005SQ20111015963
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者徐崗, 楊章輝 申請(qǐng)人:上海飛馳銅鋁材有限公司