SF6断路器用铬青铜的固溶时效工艺.doc

SF6断路器用铬青铜的固溶时效工艺陈世俊（天水213机床电器厂，甘肃 天水 741001）TECHNIQUES OF SOLUTION AND AGING TREATMENT OF CuCrALLOY USED FOR SF6 CIRCUIT BREAKERCHEN Shi-jun（Tianshui 213 Electric Apparatus Factory for Machine Tool, Tianshui 741001, China）摘要： 分析了固溶时效过程中铬青铜的变化，研究了铬含量及固溶时效工艺对铬青铜的影响，确定了铬青铜的固溶时效工艺。关键词： 铬青铜；固溶；时效；工艺中图分类号： TM205.1 文献标识码： BAbstract: The changes of CuCr alloy in the process of solution and aging treatment are analysed. The influence of Cr content as well as technique of solution and aging treatment on CuCr alloy is studied. The technique of solution and aging treatment for CuCr alloy is defined.Key words: Cucr alloy ;solution; aging; technique1 引言铬青铜以其高强度、高硬度、耐磨、耐热、易于压力加工，导电和导热性均较好，被广泛应用于SF6断路器自力型触头的生产。但是由于铬青铜组织结构简单，使用范围较窄，对其工艺性能的研究不多，所以在自力型触头的生产中，经常出现触头涨缩、开裂等现象，影响了触头的正常使用。为此，有必要研究铬青铜的工艺性能，以便很好的实现铬青铜的性能强化，使其达到使用要求。2 铬青铜的相图及强化方法从图1可以看出，铬在铜中的最大溶解度为1076.2的0.65%。随着温度的下降，铬在同种的溶解度急剧下降，在1000时为0.37%，在800时为0.15%，所以，可借沉淀硬化来提高机械性能，同时，在沉淀后，固溶体中保留的溶质原子减少，可大大降低铬青铜的电阻率，从而使其导电性变好1。3 铬青铜的强化工艺3.1 基本原理 将铬青铜加热到低于固相线的温度，保温合适的时间，铬将融入铜中，此时立即淬火，则铬来不及析出而保留在铜中，从而形成过饱和固溶体，这一过程一般被称为固溶处理。经固溶处理后的铬青铜在一定温度下保温一段时间，铬将以富铬的高弥散的铜铬化合物或融入铜中的固溶物的形式，自过饱和固溶体中析出，而使过饱和固溶体中的铬含量逐渐下降的饱和状态。由于弥撒的新相析出使硬度、强度提高2。3.2 固溶处理参数的确定 在固溶处理过程中，在固相线下，随着温度的升高，铬在铜中的溶解度显著增加，这有利于过饱和固溶体的形成，从而为铬青铜最终性能产生好的影响。同时，随着处理温度的升高，固溶的时间将以相对缩短，这有利于效率的提高。但在实际生产中，温度约接近固相线，越有可能导致铬青铜局部融化而致废，因此，一般采用约980的固溶温度，而时间则随产品体积的大小而相应增减。3.3 时效处参数的确定铬青铜在时效过程中，主要发生以下变化：固溶体的贫化；基本的回复与再结晶；新相的析出3。在时效时间和温度的选择上，要充分考虑3个因素对铬青铜性能的综合影响。通常情况下。温度越高，原子活动能力越强，脱溶沉淀速度越快，越有利于生产效率的提高。但随着温度的升高，过饱和度降低，脱溶沉淀的速度又将变慢。而在一定温度下，随着时间的加长，尽管固溶体的贫化以及基本金属的回复再结晶会使硬度和强度下降，但析出相得析出越充分，越有利于硬度和强度的提高，其综合效果是硬度和强度的提高。但当时间超过一定值后，随着时间的延长。析出的相和母相的共格联系遭到破坏，析出的相也开始粗化，其强度和硬度将会随之下降。图2(a)(c)分别显示了铬青铜的硬度和抗拉强度、延伸率随时效温度变化的情况。由图2可以看出.随着失效温度的升高，铬青铜的硬度和抗拉强度随之提高，延伸率减小。在450500之间时，硬度和抗拉强度达到最大值。而延伸率达到最低点。之后随着温度的升高，硬度和抗拉强度随之降低，而延伸率增大。 SF6断路器用铬青铜元件主要是自力型触头，对硬度和抗拉强度的要求较高，所以生产中时效的温度一般选用400500。而时效的时间，一般采用4h的保温后随炉冷却至室温，此时铬青铜的综合性能最佳。值得一提的是，由于形变可以增加晶内缺陷，从而促进脱溶沉淀过程，有利于效率的提高，同时，产品的形状也通常要求在固溶处理后进行冷挤压变形，所以在实际生产中，惊颤采用固溶处理冷加压变形时效处理的铬青铜强化工艺。这里需要注意，冷拉后的铬青铜会在随后的时效处理中发生开裂现象。图3为铬青铜在1000淬火，冷拉30%后时效开裂与温度的关系。从图3中可以看出：时效时间1min,800时有开裂出现；时效时间为10300min,温度在500600时严重开裂；时效温度在300时，开裂出现。所以，在制定铬青铜处理工艺时，应该考虑冷拉变形对其处理结果的影响。4 铬含量对铬青铜自力型触头时效结果影响我国普遍使用铬青铜为Qcr0.5,其铬含量为0.3%1.2%,实际生产中，用户可根据自身的需求，在该范围内提出对铬含量的具体要求。一般来说，铬含量越高，过饱和度越大，新相析出的越多，越有利于硬度和强度的提高。在SF6断路器自力型触头的生产中，由于铬青铜在时效过程中析出相的点阵结构及点阵常数均不同于母相，故在析出相的周围将产生不均匀畸形区，亦即形成不均匀的应力场4 。析出的相越多，应力场越大，在随后的机械加工成形切瓣后，由于内应力的作用，使触头各瓣发生涨缩现象。应力越不均匀，涨缩现象越严重。因此，在SF6断路器用自力型触头的生产中，对铬青铜中铬含量的要求应根据情况加以控制。5 实验及结果5.1 冷挤压变形对铬青铜时效开裂的影响将3040含铬0.6%0.8%的铬青铜棒40根分成两组，每组20根。第1组采用1350，2h烧结980，1h盐水淬4h时效工艺；第2组采用1350，2h烧结980，1h盐水淬冷挤压变形30%4小时时效工艺。其结果见表1。可以看出，未经冷挤压变形后的产品不出现开裂，而冷挤压变形后的产品随时效温度的不同开裂情况不同。5.2 铬含量对自力型触头开瓣后涨缩的影响将含铬量为0.4%0.5%，0.6%0.8%，1.0%1.2%的三组5040铬青铜棒各10根作为样棒，与4220 CuW80坯粘接，按下述工艺过程进行加工：1350，2h烧结钻20孔 980，1h盐水淬450，4h时效车成452860坯切6瓣，见图4。结果见表2。从表2看出，随铬含量的增加，自力型触头开瓣后涨缩严重。5.3 对铬青铜机械性能的影响 采用铬含量为0.5%0.8%，4030铬青铜棒80根，分成8组，每组10根，分别进行不同工艺参数的工艺试验，其结果见表3。从表3可以看出，铬青铜在980盐水淬，450，4h时效时，其综合性能最佳。6 结论根据上述实验结果，经反复的生产实践，总结在SF6 断路器用铬青铜自力型触头的时效强化中，宜采用下述工艺:固溶处理：980保温时间随产品大小不同变化；时效处理：450保温4h,随炉冷至室温。另外，铬青铜的铬含量控制在0