CN105803253A - 一种生产大功率发电机转子槽楔用合金的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生产大功率发电机转子槽楔用合金的生产工艺,所述合金的成分及其含量(Wt%)包括:Ni 2.4~2.6、Cr 0.36~0.40、Si 0.60~0.65、P 0.02~0.03、Cu:余量;所述工艺包括熔炼、浇铸、固溶处理、时效强化;本工艺通过控制成分配比、工艺优化和进行多相强化,所得合金材料,导电率62~65%IACS;500℃下,抗拉强度689~692MPa,屈服强度644~647MPa,导电率高,耐高温性能好,寿命长,能满足大功率发电机转子槽楔用合金的使用要求,同时工艺简单,生产成本低,对环境污染小,具有较好的市场前景和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于发电机转子槽楔材料生产技术领域,具体涉及一种生产大功率发电机转子槽楔用合金的生产工艺。
背景技术
发电机转子槽楔要承受转子运转时槽内铜线、绝缘件及自身巨大的离心力,电流流经槽楔会产生较高的温升,生产转子槽楔时需要使用导电率高、耐高温性能优良的合金材料。
申请号为200510123011的专利《大容量汽轮发电机转子铜合金槽楔及其制备方法》中,合金成分为:Ni:1.35~2.05%,Si:0.40~0.80%,Cr:0.05~0.25%,Be:0.15~0.40%,Cu:余量;生产工艺主要采用920~980℃固溶处理,35~50%冷变形,450~500℃保温4~5h时效处理,空冷。该技术方案中,Be价格高,且影响合金的高温稳定性,使合金不宜长时间承受高温工作,同时添加Be的合金产生的粉尘会有毒;合金中Ni、Si的质量配比在2.5~3.5左右,Si含量相对偏高,只有一部分Si形成Ni2Si析出相,剩余的Si以固溶态存在,严重影响合金的导电率;所得合金导电率仅为49%IACS,寿命短,且耐高温性能未知。申请号为200510038051.4的专利《汽轮发电机转子槽楔用钛青铜及其加工工艺》中,钛青铜采用无钴无锆设计,其成分为:Be:0.1~0.3%,Ni:1.5~2.5%、Ti:0.4~0.6%、Cu:余量,所得合金导电率仅为47%IACS,高温(427℃)屈服强度480~550MPa,抗拉强度540~630MPa,工作寿命短,无法满足大功率发电机长时间运转的需求。
发明内容
本发明是为了弥补上述不足,并对成分配比和生产工艺进行改进,提供一种生产大功率发电机转子槽楔用合金的生产工艺,该合金导电率高,耐高温性能好,寿命长,能满足大功率发电机转子槽楔用合金的使用要求,同时工艺简单,生产成本低,对环境污染小,具有较好的市场前景和经济效益。
一种生产大功率发电机转子槽楔用合金的生产工艺,所述合金的成分及其含量(Wt%)包括:Ni2.4~2.6、Cr0.36~0.40、Si0.60~0.65、P0.02~0.03、Cu:余量;包括以下步骤:
①熔炼:先将电解铜预热至250~280℃,再装入低频感应炉中,开始熔化时加入覆盖剂,使覆盖厚度达1.2~1.4mm,全部熔化后加入占铜质量0.5~0.7%的磷铜作为脱氧剂,进行扒渣,补充覆盖剂后,综合考虑各元素的理化性质,将Si、P、Ni、Cr按常规工艺依此加入铜熔体中,保温15min出炉;
②浇铸:采用常规连续铸造工艺,水压机上锻压成坯;
③固溶处理:在940~960℃下热处理1.5h再进行水淬处理,冷轧使合金产生60%冷变形;
④时效强化:再将铸坯加热至460~480℃保温2.5h后,机械加工成所需形状;所述覆盖剂的成分及其含量(Wt%)为:50%木炭、30%碎玻璃、10%NaCl、10%CaF2。
本技术方案中,在成分配比方面,Cr可以提高合金的电导性,形成Cr3Si相影响合金的高温稳定性,并能一定程度上抑制固溶处理期间合金的晶粒长大;因为铜基中Be与Ni2Si具有类似的机械性能,因此,可适当提高Ni2Si的含量,获得更好的热稳定性和高温强度,配比Ni和Si的质量百分含量分别在2.2~2.6%、0.55~0.65%,避免合金中含有固溶态Si,从而提高了合金的强度和导电率,既确保合金的性能,降低了生产成本,又减少了污染;而加入Cr后,Cr将比Ni、Si先溶于Cu中,使基体处于饱和状态,在一定程度上提高了Ni2Si相的析出量,基体中Ni、Si含量减少,减少了基体中晶格畸变的程度,提高了合金的导电率;使合金含有质量百分含量为0.02~0.03%的P,是为了在不会使合金产生明显晶格畸变的基础上,产生Ni3P沉淀强化相,进一步提高合金的显微硬度和抗拉强度,并一定程度上抑制析出相的长大,使合金基体得到纯化,导电率提高。
合金熔炼时,选用低频感应炉降低铜合金的熔炼消耗,电解铜加入炉中前先预热,将Si、P、Ni、Cr按顺序熔化,合理的装炉和熔化顺序有效地缩短熔化时间,覆盖剂质量配比选用50%木炭、30%碎玻璃、10%NaCl、10%CaF2,该覆盖剂铺展性好,合金熔炼时能全面覆盖液态金属液面,与熔渣的亲和力强,具有极好的净化液态金属、细化合金的能力,使熔体得到适当保护并获得较佳的熔炼气氛;加入0.5~0.7%的磷铜作为脱氧剂,能够有效去除熔体里的氧粒子,有效提高合金的质量和成品率。
对铸坯采用高温固熔淬火处理、中温时效处理析出沉淀硬化合金的方法,该方法生产工艺简单,便于合金便于进行大规模生产。固溶处理时的处理温度以合金不产生晶粒粗大为前提,尽量提高温度,保温一定时间后快冷,保证析出相的溶质元素在基体中达到最大的固溶度。当在940~960℃下热处理1.5h再进行水淬处理,大量过剩相溶解,得到过饱和固溶体,冷轧使合金产生较大的冷变形,合金基体发生再结晶,使基体内部产生大量位错,合金的亚结构得到细化,但这种形变强化对铜合金的强度贡献有限,需要时效处理进一步强化,经460~480℃保温2.5h的时效处理,合金元素呈弥散分布的沉淀相相,且沉淀得到硬化,使合金取得最佳的性能。
本技术方案是在常规工艺的基础上,通过优化多元合金组成、添加微量元素、控制成分配比以提高合金的强度,并且尽可能地避免或减少对合金导电率的不良影响,进行多相强化,所得合金材料,室温下,抗拉强度796~798MPa,屈服强度734~737MPa,延展率17.9~18.2%,导电率62~65%IACS;500℃下,抗拉强度689~692MPa,屈服强度644~647MPa,导电率高,耐高温性能好,寿命长,确保了大功率发电机的安全可靠性。能满足大功率发电机转子槽楔用合金的使用要求,显著提高了大功率发电机的安全可靠性,同时工艺简单,生产成本低,对环境污染小,具有较好的市场前景和经济效益。
具体实施例
实施例一
制备一种大功率发电机转子槽楔用合金,各组合金的成分及其含量(Wt%)包括:2.2%Ni、0.32%Cr、0.55%Si、0.02%P、Cu:余量;
所述大功率发电机转子槽楔用合金的生产工艺,包括以下步骤:
①熔炼:先将电解铜预热至250℃,再装入低频感应炉中,开始熔化时加入覆盖剂,覆盖剂质量成分包括50%木炭、30%碎玻璃、10%NaCl、10%CaF2,使覆盖厚度达1.2mm,全部熔化后加入占铜质量0.5%的磷铜作为脱氧剂,进行扒渣,补充覆盖剂后,综合考虑各元素的理化性质,将Si、P、Ni、Be、Cr按常规工艺依此加入铜熔体中,保温15min出炉;
②浇铸:采用常规连续铸造工艺,水压机上锻压成坯;
③固溶处理:在940℃下热处理1.5h再进行水淬处理,冷轧使合金产生60%冷变形;
④时效强化:再将铸坯加热至460℃保温2.5h后,机械加工成所需形状。
经检测,合金性能如下表所示:
实施例二
制备一种大功率发电机转子槽楔用合金,各组合金的成分及其含量(Wt%)包括:2.4%Ni、0.36%Cr、0.60%Si、0.03%P、Cu:余量;
所述大功率发电机转子槽楔用合金的生产工艺,包括以下步骤:
①熔炼:先将电解铜预热至265℃,再装入低频感应炉中,开始熔化时加入覆盖剂,覆盖剂质量成分包括50%木炭、30%碎玻璃、10%NaCl、10%CaF2,使覆盖厚度达1.3mm,全部熔化后加入占铜质量0.6%的磷铜作为脱氧剂,进行扒渣,补充覆盖剂后,综合考虑各元素的理化性质,将Si、P、Ni、Be、Cr按常规工艺依此加入铜熔体中,保温15min出炉;
②浇铸:采用常规连续铸造工艺,水压机上锻压成坯;
③固溶处理:在950℃下热处理1.5h再进行水淬处理,冷轧使合金产生60%冷变形;
④时效强化:再将铸坯加热至470℃保温2.5h后,机械加工成所需形状。
经检测,合金性能如下表所示:
实施例三
制备一种大功率发电机转子槽楔用合金,各组合金的成分及其含量(Wt%)包括:2.6%Ni、0.40%Cr、0.65%Si、0.03%P、Cu:余量;
所述大功率发电机转子槽楔用合金的生产工艺,包括以下步骤:
①熔炼:先将电解铜预热至280℃,再装入低频感应炉中,开始熔化时加入覆盖剂,覆盖剂质量成分包括50%木炭、30%碎玻璃、10%NaCl、10%CaF2,使覆盖厚度达1.4mm,全部熔化后加入占铜质量0.7%的磷铜作为脱氧剂,进行扒渣,补充覆盖剂后,综合考虑各元素的理化性质,将Si、P、Ni、Be、Cr按常规工艺依此加入铜熔体中,保温15min出炉;
②浇铸:采用常规连续铸造工艺,水压机上锻压成坯;
③固溶处理:在960℃下热处理1.5h再进行水淬处理,冷轧使合金产生60%冷变形;
④时效强化:再将铸坯加热至480℃保温2.5h后,机械加工成所需形状。
经检测,合金性能如下表所示:
由上述三个实施例表明,采用本技术方案,所得合金材料,室温下,抗拉强度796~798MPa,屈服强度734~737MPa,延展率17.9~18.2%,导电率62~65%IACS;500℃下,抗拉强度689~692MPa,屈服强度644~647MPa,导电率高,耐高温性能好,寿命长,能满足大功率发电机转子槽楔用合金的使用要求,确保了大功率发电机的安全可靠性。
Claims (1)
1.一种生产大功率发电机转子槽楔用合金的生产工艺,所述合金的成分及其含量(Wt%)包括:Ni2.4~2.6、Cr0.36~0.40、Si0.60~0.65、P0.02~0.03、Cu:余量;其特征在于,包括以下步骤:
①熔炼:先将电解铜预热至250~280℃,再装入低频感应炉中,开始熔化时加入覆盖剂,使覆盖厚度达1.2~1.4mm,全部熔化后加入占铜质量0.5~0.7%的磷铜作为脱氧剂,进行扒渣,补充覆盖剂后,综合考虑各元素的理化性质,将Si、P、Ni、Cr按常规工艺依此加入铜熔体中,保温15min出炉;
②浇铸:采用常规连续铸造工艺,水压机上锻压成坯;
③固溶处理:在940~960℃下热处理1.5h再进行水淬处理,冷轧使合金产生60%冷变形;
④时效强化:再将铸坯加热至460~480℃保温2.5h后,机械加工成所需形状;所述覆盖剂的成分及其含量(Wt%)为:50%木炭、30%碎玻璃、10%NaCl、10%CaF2。
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