铜包钢复合线的制备及其组织性能的研究

摘要

高速铁路是现代社会发展中的新型运输模式，它的兴起迎合了当前世界各国交通发展的需要，并发展十分迅速。高铁接触线作为高铁中最重要的部分，其质量好坏决定了高铁运行的稳定性及安全性。铜包钢复合线具有良好导电性、高强度、耐腐蚀、寿命长等优点，在接触线领域有很大的应用前景。本文通过拉伸复合法及水平连铸法制备铜包钢线，对其进行冷变形及退火处理，分析了复合线的横、纵截面金相组织变化、扩散层厚度、界面结合强度、铜-钢界面显微硬度、抗拉强度、延伸率和导电率。探索了拉拔变形工艺、退火工艺对其组织及性能的影响规律。
　　自主设计开发了水平连铸铜包钢线坯装置，该装置可连续制备出Φ12mm铜包钢线坯，其界面扩散层厚度为2.5μm，界面结合强度为29.5MPa。此外，采用拉伸复合法制得Φ7mm铜包钢线坯。
　　对铜包钢线进行冷拉变形，随变形量的增大，拉拔变形后Cu、Fe的横截面组织均呈现晶界模糊，纵截面组织均呈现纤维状。在退火过程中，随退火温度的升高及时间的增加，Cu、Fe横、纵截面晶粒增大。相比退火时间，退火温度对组织的影响更明显。
　　拉拔变形中随拉拔变形量的增大，铜包钢复合线的导电率、延伸率降低，抗拉强度升高。随退火温度的提高及时间的增加，延伸率升高，抗拉强度降低。导电率随退火时间的延长而升高，随温度的升高先上升后下降。
　　随变形量的增大，铜、钢的显微硬度增大。退火后铜、钢的显微硬度显著下降，随退火温度的升高及退火时间的延长，距离界面同一位置处铜、钢的显微硬度逐渐下降。随退火温度升高和退火时间的增加，扩散层厚度变厚，界面结合强度增加。到达Fe的再结晶温度后，温度再升高、时间再增加，扩散层厚度、界面结合强度基本保持不变。综合考虑其扩散层及界面结合情况，得到最佳退火工艺为750℃退火2 h。