铜镁合金电车线的研究

摘要

我国电气化铁路向高速(200-400km/h)发展是必然趋势。高速电车线要求在保持较高导电率条件下，大幅度提高电车线的抗拉强度。根据现实与可能，国产化的高速电车线将是铜镁、铜(或铜合金)包钢或铜锆铬材料。本文通过对电车线材料的铜镁合金成分，熔炼工艺，性能展开全面、系统地考察研究，以期对铜镁合金电车线的规模生产和应用打下基础。本文主要内容及成果包括：●通过参考同类设备的设计特点，自行设计了一台实验室小型竖直下引式热型连铸机，并通过锡定向凝固实验研究，验证了该设备设计的可行性。 ●进行了连续定向凝固实验和温度测定，对传热和凝固过程进行了数值模拟，考察了主要工艺参数对锡铸锭表面质量和内部组织的影响，及固液界面形状的变化规律。结果表明，型温、拉速、冷却水量等工艺参数主要是通过影响固液界面的位置和形状来影响铸锭表面及内部质量。在本文实验中，型温244-248℃，拉速7.5-13.2mm/min，冷却水量在15.1-22.6kl/m2.min时，可获得表面光亮，内部完全定向凝固组织的铸坯；当型温高于242℃，拉速7.5-20.4mm/min时，则形成平整的固液界面和定向凝固组织；固液界面形状关系为H(mm)=502.2-665.78V(m/s)-0.9594TM(K)+0.00466C(L/m2.s)。 ●参照国内外电车线标准，通过实践并确定Cu-Mg合金的成分。通过建立合理的连铸工艺，采用水平连铸方法拉制出Ф33mm铜镁合金棒材，并进行拉拔处理，找到表面裂纹的成因并提出避免产生裂纹的方法，进而得到质量优良的Cu-Mg合金材料。另外还用OCC工艺拉出了Ф20mm铜镁合金铸锭。 ●实验表明，水平连铸铜镁合金的综合性能明显高于真空炉熔炼和O.C.C.工艺。对比铜镁合金性能随镁含量关系曲线，在[Mg]=0.6％时，电车线铜镁合金的综合性能最好。经拉拔处理后，铜镁合金的晶粒变得细小，分布均匀，从而提高了铜镁合金的综合性能。由水平连铸工艺制成的铜镁合金经进一步拉拔，完全可达到国外同等水平。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章绪论

1.1 电车线材料及其发展

1.1.1电车线材料

1.1.2 铜镁合金电车线研究的必要性

1.2 铜镁合金的性能及国内外研究现状

1.2.1铜镁合金的性能

1.2.2铜镁合金研究现状

1.3 电车线制造技术

1.3.1水平连铸技术

1.3.2 定向凝固及热型连铸技术

1.4 本文研究内容及目标

1.5 本文研究的意义及前景

第二章 连续定向凝固实验

2.1 实验装置及其设计

2.1.1 铸型结构及其设计

2.1.2 加热系统

2.1.3 铸锭拉坯速度的控制及牵引系统的设计

2.1.4冷却系统设计

2.2 实验方法

2.3 实验结果与讨论

2.3.1 工艺参数对铸锭表面质量的影响

2.3.2 各工艺参数对铸锭组织的影响

2.3.3 固液界面的观察

2.4 本章小结

第三章 温度场计算

3.1 温度场的测定

3.2 温度场的计算

3.2.1 温度场的建立及传热控制方程

3.2.2边界条件

3.2.3计算结果

3.3 计算与实验结果的回归处理

3.4 正交设计

3.5 本章小结

第四章铜镁合金电车线

4.1 前言

4.2 铜镁合金电车线的研制

4.2.1 铜镁合金的连铸

4.2.2 铜镁合金的拉拔处理

4.3 实验测试及设备

4.3.1力学性能

4.3.2 导电率

4.4 测试结果

4.4.1 铜镁合金性能测试

4.4.2 铜镁合金的组织观察

4.5 性能分析及讨论

4.6 本章小结

第五章结论及展望

参考文献

符号总表

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢