自力型触指用高强高导铜合金带材制备加工技术研究

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随着大型水电工程、城乡电网改造及西电东送等重大工程建设项目的实施,我国电力行业得到迅速发展。电力行业的发展为高压开关行业的发展提供了机遇,同时对其产品也提出了更高要求:对产品的电压等级要求不断提高,从高压(100kV-300kV),到超高压(750kV-1000kV)乃至特高压(1000kV以上);同时对其稳定可靠性、环境适应性和使用寿命提出更高要求。触头/触指是高压隔离开关的关键部件,关键部件的性能和寿命决定了高压开关整体产品的品质和寿命,进而决定着高压输变电网的安全运行。随着输变电线路电压等级的提高,输送容量的加大,对关键部件的材料、结构和成形工艺提出了更高要求。  本文以高压隔离开关自力型触指用高强高导铜合金及其型材制备加工技术为研究对象,通过相关试验研究,尝试开发一种满足高压开关自力型触指服役条件的高强高导Cu-Cr合金及其带材制备加工技术。采用四种不同的工艺方案进行对比研究,获得了适用于中小批量生产,且满足自力型触指工况要求的Cu-Cr合金带材新型制备工艺;基于新型制备工艺进行时效工艺参数的确定;对新型制备工艺条件下,自力型触指用 Cu-Cr合金带材进行成形性能试验并开发专用成形模具。利用OLYMPUS(PMG3型)倒置式光学金相显微镜进行组织观察,利用透射电子显微镜(TEM)进行微观组织观察和分析。旨在为适用于中小批量生产的高压隔离开关自力型触指用Cu-Cr合金带材的制备工艺及其时效工艺参数的制定提供理论依据。  主要得出以下结论:  1.基于 Cu-Cr合金的相关制备工艺和性能要求,结合铜合金板带的传统生产工艺,提出四种工艺方案。方案一:铸坯热变形——固溶处理((990±10)℃×1h+水冷)——冷变形——时效处理。方案二:铸坯热变形(水冷)——冷变形——时效处理。方案三:铸坯热变形——固溶处理((990±10)℃×1h+空冷)——二次热变形——冷变形——时效处理。方案四:铸坯热变形——固溶处理((990±10)℃×1h+水冷)——二次热变形——冷变形——时效处理。  2.对四种方案进行不同工艺参数下的试验研究,结果表明:  (1)四种方案制备加工的 Cu-Cr合金带材均能满足自力型触指的性能要求:硬度大于110.0HB,导电率高于80.0%IACS。(2)方案一整体性能最佳,但因带材的固溶处理难度较大,因此不适合中小批量的产业化生产。(3)方案二具有工序少、流程短的特点,成形性能研究和用户使用报告表明,该方案满足使用要求。因此,方案二是低成本生产自力型触指用 Cu-Cr合金带材的最佳选择。(4)方案三和方案四,具有产业化生产的可行性,但同方案二相比,工序较多,成本增加,同时方案三同方案四相比,成本基本一致的前提下,可获得更好的综合性能。因此,在成本允许的前提下,方案三是产业化生产综合性能优良的自力型触指用Cu-Cr合金带材的最佳选择。  3.采用方案二进行 Cu-Cr合金带材生产时,建议选择时效工艺参数为温度430~460℃,时间4h。采用方案三进行Cu-Cr合金带材生产时,建议选择时效工艺参数为温度430~460℃,时间4h。  4.对方案二条件下制备的自力型触指用 Cu-Cr合金带材进行成形性能试验和推广应用,结果表明:Cu-Cr合金带材的成形性能良好,在实际使用过程中,开合稳定、温升低,同传统紫铜触指相比,节材效果显著,并取得了较好的经济效益和社会效益。
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