Способ изготовления электроконтактного провода для высокоскоростного железнодорожного транспорта

Изобретение относится к способам изготовления электроконтактного провода из термоупрочняемого сплава на основе меди. Способ включает подачу сплава в кристаллизатор, кристаллизацию сплава в виде непрерывнолитой заготовки, деформацию упомянутой заготовки на катанку, закалку, старение при 400-500°С, формирование электроконтактного провода. Закалку проводят непосредственно после кристаллизации с температуры 900-1000°С, деформацию на катанку осуществляют радиальным обжатием с суммарной накопленной степенью деформации не менее е=1,5, а формирование электроконтактного провода с фасонным профилем проводят при последовательном совмещении в одной операции равноканального углового прессования по схеме «Конформ» и выдавливания при температуре не выше 500°С, причем старение проводят в качестве финишной операции. Технический результат заключается в повышении физико-механические свойства провода при снижении затрат на его изготовление. 1 пр., 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии получения электроконтактного провода контактной сети из термоупрочняемого (дисперсионно-твердеющего) сплава.

Известно, что к электроконтактному проводу для высокоскоростного железнодорожного транспорта в процессе эксплуатации предъявляется, наряду с высокой электропроводностью, ряд основных требований: высокая прочность - для обеспечения повышенной силы натяжения провода и, соответственно, противодействия активному механическому волновому процессу при высокоскоростной эксплуатации; высокая термостабильность, обеспечивающая условия эксплуатации при кратковременном нагреве провода до 150°С, и низкая скорость ползучести при температуре эксплуатации.

Известен способ производства контактных проводов (патент РФ №2236918, МПК В21В 1/46, опубликовано 27.09.2004 г.), включающий получение расплава в печи с инертной атмосферой, рабочее пространство которой состоит из трех зон - зоны плавления, зоны легирования и зоны выдачи готового металла, его легирование элементами, имеющими гексагональную или тетрагональную кристаллическую решетку, и вытяжку из расплава литой заготовки требуемого сечения. Последующее формирование из нее профиля провода осуществляют в два этапа - получение прутка волочением со степенью деформации 15-50% и последующей прокаткой прутка со степенью деформации 50-70%. Однако этот метод используют преимущественно для получения катанки и дальнейшего передела - контактного провода из технически чистой меди или деформационно-упрочняемых медных сплавов с малой степенью легирования, например, из сплава Cu-0.2%Sn.

Недостатком такой технологии является ограниченная производительность, т.к. идет пошаговая локальная кристаллизации расплава, которая требует больших энергетических затрат для поддержания довольно большого объема расплава в жидкой фазе длительное время. По механическим свойствам провода, изготовленные из меди и деформационно-упрочняемых малолегированных медных сплавов, демонстрируют предел прочности не выше 500 МПа, относительную пластичность 3-5% и невысокую термостабильность 180-370°С.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления электроконтактного провода и электроконтактный провод (патент РФ №2540944, МПК В60М 1/13, В21В 1/46, опубликовано 10.02.2015 г.), включающий получение расплава медного сплава, подачу сплава в кристаллизатор, кристаллизацию сплава в виде непрерывнолитой заготовки, прокатку упомянутой заготовки непосредственно за кристаллизацией на катанку в условиях, обеспечивающих закалку сплава, старение при 400-500°С и последующее формирование электроконтактного провода.

Недостатком такой технологии является то, что закалка сплава на твердый раствор идет с температуры порядка 800°С путем водяного охлаждения проката в межклетьевом пространстве, т.е. пошагово с постепенным снижением температуры. Однако, такой режим обработки противоречит рекомендациям по оптимальной температуре закалки на твердый раствор низколегированных бронз, которая, как правило, происходит единовременно и составляет 900-1000°С. Поэтому эффективность упрочнения от последеформационной термической обработки (старения) катанки недостаточно высока. Другим недостатком является необходимость проводить получение провода в два этапа: на первом этапе получать катанку на линии литейно-прокатного агрегата, а на втором - получать непосредственно фасонный провод на линии волочения, что увеличивает временные и финансовые затраты на производство.

Задачей изобретения является снижение затрат на изготовление электроконтактного провода.

Технический результат заключается в повышении комплекса физико-механических свойств электроконтактного провода для высокоскоростных железнодорожных магистралей.

Технический результат достигается способом изготовления электроконтактного провода из термоупрочняемого сплава на основе меди, включающим подачу сплава в кристаллизатор, кристаллизацию сплава в виде непрерывнолитой заготовки, деформацию упомянутой заготовки на катанку, закалку, старение при 400-500°С, формирование электроконтактного провода, в котором, в отличие от прототипа, закалку проводят непосредственно после кристаллизации с температуры 900-1000°С, деформацию на катанку осуществляют радиальным обжатием с суммарной накопленной степенью деформации не менее е=1.5, а формирование электроконтактного провода с фасонным профилем проводят при последовательном совмещении в одной операции равноканального углового прессования по схеме «Конформ» и выдавливания при температуре не выше 500°С, причем старение проводят в качестве финишной операции.

Решение поставленной задачи и достижение технического результата обусловлено следующим. За счет последовательного применения эффективных методов интенсивной пластической деформации, таких как всесторонняя ковка (радиальное обжатие) и равноканальное угловое прессование (РКУП), совмещенное в одной операции с формообразованием фасонного профиля провода, обеспечивается снижение энергоемкости и количества операций, сокращение требуемых производственных площадей, снижение межоперационных затрат и затрат на оснастку.

Повышенные физико-механические свойства термоупрочняемых сплавов традиционно обеспечиваются за счет последовательного использования операций закалки на твердый раствор и последующей термической обработки (старения) при фиксированной температуре. Причем, при старении из твердого пересыщенного раствора выделяются вторые фазы, связывающие атомы легирующего элемента в виде мелкодисперсных выделений нано - и микро размера. Этот процесс приводит к упрочнению и повышению электропроводимости сплава, соответственно, за счет мелкодисперсных выделений и очищения матрицы, т.е. кристаллической решетки меди, от легирующих примесей. Дополнительное наложение холодной деформации после закалки, как правило, приводит к интенсификации выделения вторых фаз и формированию более мелкой структуры.

Предложенная технология получения проводов из термоупрочняемого сплава на основе меди за счет последовательного использования операций закалки на твердый раствор, холодной пластической деформации радиальной ковкой, РКУП с прессованием провода фасонной формы и финишной термической обработкой (старением) при фиксированной температуре способствует проявлению двух важных физических эффектов: глубокому измельчению исходной структуры до получения нанометрического размера фрагментов и выделению вторых фаз, также нанометрического размера. Формирование структуры нанометрического размера способствует, согласно закона Петча-Холла (Carlton С.Е., Ferreira P.J. «What is behind the inverse Hall-Petch effect in nanocrystalline materials?)) // Acta Materialia. 2007. V. 55. P. 3749-3756), дополнительному и заметному повышению прочностных характеристик сплава. А старение сплава с нанокристаллической структурой обеспечивает более полное протекание процесса распада твердого раствора с выделением вторых фаз, преимущественно на границах структурных фрагментов, что обеспечивает формирование повышенного комплекса прочностных и пластических свойств (Валиев Р.З. Объемные наноструктурные материалы: фундаментальные основы и применения: пер. с англ. / Р.З. Валиев, А.П. Жиляев, Т.Дж. Лэнгдон. - СПб.: Эко-Вектор, 2017. - 479 с). Пример осуществления изобретения.

В качестве исходного материала была взята термоупрочняемая бронза, легированная хромом, Cu-0.65%Cr. В расплав меди при температуре не ниже 1250°С вводили лигатуру медь-хром, далее расплав подавали в кристаллизатор для формирования исходной заготовки и тут же ее закаливали в воду с температуры в диапазоне 900-1000°С. Затем проводили деформацию заготовки радиальным обжатием (ковкой) при начальной температуре заготовки не выше 100°С в двух взаимно перпендикулярных направлениях до получения катанки квадратного сечения с размером стороны квадрата 25 мм. После деформации радиальной ковкой температура заготовки за счет деформационного разогрева составляла 350°С, Затем заготовку помещали в экструдер для равноканального углового прессования по схеме «Конформ» и деформировали до получения конечного провода с фасонным профилем площадью 150 мм. Температура провода на выходе составляла 480-500°С. Затем в течение одного часа при температуре 450°С проводили старение провода с фасонным профилем.

Вид сформированной структуры и свойства провода после старения представлены в таблице.

Как следует из таблицы, тип структуры - зеренно-субзеренный, при этом средний размер фрагментов приблизительно составляет 300±20 нм, размер выпавших частиц (вторых фаз) 10-100 нм, преимущественное расположение частиц - границы фрагментов.

Из таблицы видно, что в результате изготовления провода по предложенному способу получены высокие физико-механические свойства, такие как предел прочности,σв, относительная пластичность δ,%, удельная электропроводность, % IACS.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить физико-механические свойства электроконтактного провода при снижении затрат на их изготовление.

Способ изготовления электроконтактного провода из термоупрочняемого сплава на основе меди, включающий подачу сплава в кристаллизатор, кристаллизацию сплава в виде непрерывнолитой заготовки, деформацию упомянутой заготовки на катанку, закалку, старение при 400-500°С, формирование электроконтактного провода, отличающийся тем, что закалку проводят непосредственно после кристаллизации с температуры 900-1000°С, деформацию на катанку осуществляют радиальным обжатием с суммарной накопленной степенью деформации не менее е=1,5, а формирование электроконтактного провода с фасонным профилем проводят при последовательном совмещении в одной операции равноканального углового прессования по схеме «Конформ» и выдавливания при температуре не выше 500°С, причем старение проводят в качестве финишной операции.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к совместимому со смазочным материалом медному сплаву, используемому для производства компонентов зубчатой передачи, в частности колец синхронизатора.

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, в частности к процессам непрерывной термообработки металлического плоского проката, в частности лент и полос.

Изобретение относится к ультравысокопрочным деформируемым сплавам медь-никель-олово. Способ термомеханической обработки деформируемого спинодального сплава медь-никель-олово включает выполнение этапа первой холодной обработки давлением сплава со степенью холодной деформации от 50% до 75% и термическую обработку упомянутого сплава при температуре от 740°F до 850°F в течение периода от 3 минут до 14 минут с обеспечением условного предела текучести сплава по меньшей мере 175 тысяч фунтов на кв.

Изобретение относится к способам термомеханической обработки спинодальных сплавов медь-никель-олово, улучшающих их формуемость. Способ термомеханической обработки литого деформируемого спинодального сплава медь-никель-олово с условным пределом текучести по меньшей мере 115 тысяч фунтов на кв.

Изобретение относится к получению изделий из слитков спинодальных сплавов горячей деформацией. Способ получения изделия из спинодального сплава медь-никель-олово включает нагрев отливки из спинодального сплава медь-никель-олово до температуры от 1100 до 1400°F в течение времени от 10 до 14 ч, обжатие отливки с помощью горячей обработки давлением, уменьшающей площадь отливки на по меньшей мере 30%, охлаждение отливки на воздухе до комнатной температуры, нагрев до температуры по меньшей мере 1600°F в течение времени от 12 до 48 ч, подвергание отливки воздействию температуры от 1600 до 1750°F в течение времени от 2 до 6 ч, второе обжатие отливки путем горячей обработки давлением, уменьшающей площадь отливки на по меньшей мере 30%, и охлаждение отливки на воздухе до комнатной температуры с получением изделия.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения биаксиально текстурированных подложек для эпитаксиального нанесения на нее буферных и высокотемпературных сверхпроводящих слоев для ленточных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) второго поколения.

Изобретение относится к обработке меди и сплавов на ее основе и может быть использовано для регулирования ресурса работы изделий, изготавливаемых из поликристаллической меди марки М00б, эксплуатирующихся в условиях ползучести.

Изобретение относится к обработке меди и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в которых применение находят медь и медные сплавы. Способ обработки изделия из поликристаллической меди заключается в воздействии на изделие постоянным магнитным полем с индукцией от 0,1 до 0,4 Тл и выдержке в магнитном поле в течение 1 часа.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к технологии обработки медных сплавов, применяемых в электротехнической промышленности для изготовления деталей, работающих в условиях повышенных механических нагрузок.
Изобретение относится к области обработки специальных проводниковых сплавов, в частности к получению низколегированных медных сплавов, и может быть использовано в электротехнике для изготовления электродов сварочных машин, контактных проводов для электрофицированного транспорта, коллекторных шин и в других изделиях, в которых требуется высокая электропроводность материала.

Изобретение относится к области деформационно-термической обработки сплавов титан-никель с эффектом памяти формы и может быть использовано в машиностроении, медицине и технике.

Изобретение относится к способам обработки титановых сплавов давлением и может быть использовано при изготовлении проволоки из (α+β)-титанового сплава для аддитивной технологии.

Изобретение относится к способам обработки титановых сплавов и может быть использовано при изготовлении проволоки из (α+β)-титанового сплава для аддитивной технологии.

Изобретение относится к способам обработки титановых сплавов давлением и может быть использовано при изготовлении проволоки из (α+β)-титанового сплава для аддитивной технологии.

Изобретение относится к способам обработки титановых сплавов и может быть использовано при изготовлении проволоки из (α+β)-титанового сплава для аддитивной технологии.

Изобретение относится к системам и способам экструзионного прессования материалов. В вариантах способа одна или более полых заготовок загружаются на удлиненный стержень оправки и транспортируются вдоль стержня оправки во вращающуюся матрицу.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам обработки титановых сплавов давлением, и может быть использовано при изготовлении проволоки из (α+β)-титанового сплава для аддитивной технологии.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении бесшовных труб из цилиндрических заготовок из труднодеформируемых металлов и сплавов, преимущественно титановых, на горизонтальных трубопрофильных прессах без прошивной системы.

Изобретение относится к способам прямого или обратного прессования заготовок для получения экструдированных металлических труб и дорнам для прессования. Способ включает использование дорна, имеющего между упомянутыми двумя поверхностями прессования (63, 64) переходный участок (66), на котором выполняют опорную поверхность (62), причем при перемещении дорна (6) относительно прессовой матрицы (2) из его первого положения прессования в его второе положение прессования для упомянутой заготовки обеспечивают опору по оси прессовой матрицы (2) посредством упомянутой опорной поверхности (62).

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства осесимметричных прутковых изделий гидромеханическим прессованием. Способ включает выдавливание осесимметричной прутковой заготовки, помещенной в контейнер, через коническую матрицу воздействием на задний конец заготовки пуансоном усилием Р.

Изобретение относится к способам изготовления электроконтактного провода из термоупрочняемого сплава на основе меди. Способ включает подачу сплава в кристаллизатор, кристаллизацию сплава в виде непрерывнолитой заготовки, деформацию упомянутой заготовки на катанку, закалку, старение при 400-500°С, формирование электроконтактного провода. Закалку проводят непосредственно после кристаллизации с температуры 900-1000°С, деформацию на катанку осуществляют радиальным обжатием с суммарной накопленной степенью деформации не менее е1,5, а формирование электроконтактного провода с фасонным профилем проводят при последовательном совмещении в одной операции равноканального углового прессования по схеме «Конформ» и выдавливания при температуре не выше 500°С, причем старение проводят в качестве финишной операции. Технический результат заключается в повышении физико-механические свойства провода при снижении затрат на его изготовление. 1 пр., 1 табл.

Наверх