电气化铁路用接触线课件

铁路用铜合金接触线的性能及制备

专业：材料学报告人：倪铁路用铜合金接触线的性能及制备专业：材料1主要内容：1.电气化铁路背景介绍2.常用接触线种类3.接触线制备工艺主要内容：1.电气化铁路背景介绍21.电气化铁路背景介绍

电气化铁路开始于19世纪末，到目前为止，已拥有高速电气化铁路的国家有60多个。全球电气化铁路营运里程已突破25万公里，中国总里程也已达到4.8万公里，跃升为世界第一位。然而，受国内生产水平限制，我国生产的接触导线抗拉强度、导电性普遍比较低，很难适应我国电气化铁路的发展需要。我国时速高于250km/h的电气化铁路中主要从日本、德国等国进口，仅从接触线市场需求来看，2010年需求量已接近20000t。从而，研发新型合金系列，引进和优化先进加工工艺，开发出具有自主知识产权、高强度、高导电性的接触导线，打破国际市场的依赖，已迫在眉睫。

1.电气化铁路背景介绍电气化铁路开始于1932.常用接触线种类2.1接触线背景知识受电弓接触线动车2.常用接触线种类2.1接触线背景知识受电弓接触线动车42.2常用接触线种类纯铜接触线铜锡型接触线铜镁型接触线铜铬锆型接触线复合型接触线铜银型接触线接触线种类2.2常用接触线种类纯铜接触线铜锡型接触线铜镁型接触线铜铬51）纯铜接触线

纯铜接触线是由电导率为100％IACS的软铜经过冷加工硬化得到的。经冷加工强化接触线的电导率为97.5％IACS，而其机械强度较低，约为350MPa。晶体结构原子结构1）纯铜接触线纯铜接触线是由电导率为1062）铜银型接触线

银属于固溶强化型元素，铜银合金接触导线是在铜中添加0.08%～0.12%的银元素。银加入到熔融的铜中与铜形成固溶体而使材料得到强化，同时会不同程度地降低铜基材料的导电率，但耐热性却得到了大大的提高。铜银合金接触线的使用温度可达到纯铜接触线的近两倍。2）铜银型接触线银属于固溶强化型元素，铜7电流容量比较与国外铜银线比较电流容量比较与国外铜银线比较83）铜锡型接触线

铜锡合金接触线是在铜中添加0.3%左右的锡元素,锡与银同样属于固溶型合金元素,提高强度的同时，会使导电率较大幅度降低,但可大大改善其耐摩耗性能。3）铜锡型接触线铜锡合金接触线是在铜中添加0.3%94）铜镁型接触线

镁为活泼金属元素,铜镁合金的熔炼、加工和成形要求必须具备高装备技术水平。铜镁合金接触线首先在德国研制成功，具有强度高(达500MPa)的优点。4）铜镁型接触线镁为活泼金属元素,铜镁合金的熔炼、加工105)铜铬锆型接触线

这是一种热处理强化型的铜合金，具有较高的力学性能，最显著的特点是再结晶温度（大约是５００℃）远远高于纯铜的再结晶温度，且具有较高的高温强度。可适用于速度很高的电气化铁路。表各种接触线适用的速度范围5)铜铬锆型接触线这是一种热处理强化116）复合型接触线

复合接触导线有铝包钢和铜包钢两种，包覆技术有内包式和外露式。接触导线强度高，但是电导率偏低，目前应用不是很广泛。内包式外露式强度比较6）复合型接触线复合接触导线有铝包钢和铜包钢12在现有铜合金型接触线的基础上，开发多元微合金化铜合金是未来接触线发展方向之一。国内外已开发的多元微合金化铜合金种类及性能在现有铜合金型接触线的基础上，开发多元微合金化铜133.接触线制备工艺3.1常规接触线加工工艺铜锭轧制复合法上引连铸连铸连轧上引连挤常规工艺3.接触线制备工艺3.1常规接触线加工工艺铜锭轧制复合法14工艺流程如下：复合法：铜或铜合金锭加热轧制拉拔工艺流程如下：复合法：铜或铜合金锭加热153.2Conform+冷加工法原理图3.2Conform+冷加工法原理图163.3大塑性变形（SPD）法

除了以上几种方法，材料科学工作者也在积极寻求更为先进的加工方法。如大塑性变形法，常见的大塑性变形法主要有：反复折皱-压直法(RCS)、高压扭转法(HPT)、累积扎制——复合法(ARB)、等径角挤压法(ECAP)。这些大塑性变形制备超细晶的方法在工艺上各有优缺点，但都有一个共有的特点，即存在不同程度的剪切变形。从剪切变形的剧烈程度、工艺的复杂程度、材料的使用范围以及晶粒的细化效果来看ECAP是最行之有效的超细晶制备工艺之一。3.3大塑性变形（SPD）法除了以上几种17ECAP原理图原理图挤压路径ECAP原理图原理图挤压路径18ECAP改进技术

1）旋转模具ECAP技术ECAP改进技术

1）旋转模具ECAP技术19旋转模具改进图旋转模具改进图202）多级连续ECAP法原理图2）多级连续ECAP法原理图21ECAR(equalchannelangularrollingprocess)原理图上模具下模具ECAR(equalchannelangularrol223.4快速凝固法（rapidsolidification）

定义：通过强制传热，使合金熔液以很高的降温速率冷却的凝固过程。

特点：快速冷凝技术由于凝固过程的冷速快、起始形核过冷度大,生长速率高,结果使固/液界面偏离平衡,因而呈现出一系列与常规合金不同的组织和结构特征。主要的快速凝固法有：气枪法、旋铸法和雾化法。3.4快速凝固法（rapidsolidification23气枪法气枪法气枪法气枪法24旋铸法旋铸法25雾化法雾化法26谢谢谢谢27铁路用铜合金接触线的性能及制备

专业：材料学报告人：倪铁路用铜合金接触线的性能及制备专业：材料28主要内容：1.电气化铁路背景介绍2.常用接触线种类3.接触线制备工艺主要内容：1.电气化铁路背景介绍291.电气化铁路背景介绍

电气化铁路开始于19世纪末，到目前为止，已拥有高速电气化铁路的国家有60多个。全球电气化铁路营运里程已突破25万公里，中国总里程也已达到4.8万公里，跃升为世界第一位。然而，受国内生产水平限制，我国生产的接触导线抗拉强度、导电性普遍比较低，很难适应我国电气化铁路的发展需要。我国时速高于250km/h的电气化铁路中主要从日本、德国等国进口，仅从接触线市场需求来看，2010年需求量已接近20000t。从而，研发新型合金系列，引进和优化先进加工工艺，开发出具有自主知识产权、高强度、高导电性的接触导线，打破国际市场的依赖，已迫在眉睫。

1.电气化铁路背景介绍电气化铁路开始于19302.常用接触线种类2.1接触线背景知识受电弓接触线动车2.常用接触线种类2.1接触线背景知识受电弓接触线动车312.2常用接触线种类纯铜接触线铜锡型接触线铜镁型接触线铜铬锆型接触线复合型接触线铜银型接触线接触线种类2.2常用接触线种类纯铜接触线铜锡型接触线铜镁型接触线铜铬321）纯铜接触线

纯铜接触线是由电导率为100％IACS的软铜经过冷加工硬化得到的。经冷加工强化接触线的电导率为97.5％IACS，而其机械强度较低，约为350MPa。晶体结构原子结构1）纯铜接触线纯铜接触线是由电导率为10332）铜银型接触线

银属于固溶强化型元素，铜银合金接触导线是在铜中添加0.08%～0.12%的银元素。银加入到熔融的铜中与铜形成固溶体而使材料得到强化，同时会不同程度地降低铜基材料的导电率，但耐热性却得到了大大的提高。铜银合金接触线的使用温度可达到纯铜接触线的近两倍。2）铜银型接触线银属于固溶强化型元素，铜34电流容量比较与国外铜银线比较电流容量比较与国外铜银线比较353）铜锡型接触线

铜锡合金接触线是在铜中添加0.3%左右的锡元素,锡与银同样属于固溶型合金元素,提高强度的同时，会使导电率较大幅度降低,但可大大改善其耐摩耗性能。3）铜锡型接触线铜锡合金接触线是在铜中添加0.3%364）铜镁型接触线

镁为活泼金属元素,铜镁合金的熔炼、加工和成形要求必须具备高装备技术水平。铜镁合金接触线首先在德国研制成功，具有强度高(达500MPa)的优点。4）铜镁型接触线镁为活泼金属元素,铜镁合金的熔炼、加工375)铜铬锆型接触线

这是一种热处理强化型的铜合金，具有较高的力学性能，最显著的特点是再结晶温度（大约是５００℃）远远高于纯铜的再结晶温度，且具有较高的高温强度。可适用于速度很高的电气化铁路。表各种接触线适用的速度范围5)铜铬锆型接触线这是一种热处理强化386）复合型接触线

复合接触导线有铝包钢和铜包钢两种，包覆技术有内包式和外露式。接触导线强度高，但是电导率偏低，目前应用不是很广泛。内包式外露式强度比较6）复合型接触线复合接触导线有铝包钢和铜包钢39在现有铜合金型接触线的基础上，开发多元微合金化铜合金是未来接触线发展方向之一。国内外已开发的多元微合金化铜合金种类及性能在现有铜合金型接触线的基础上，开发多元微合金化铜403.接触线制备工艺3.1常规接触线加工工艺铜锭轧制复合法上引连铸连铸连轧上引连挤常规工艺3.接触线制备工艺3.1常规接触线加工工艺铜锭轧制复合法41工艺流程如下：复合法：铜或铜合金锭加热轧制拉拔工艺流程如下：复合法：铜或铜合金锭加热423.2Conform+冷加工法原理图3.2Conform+冷加工法原理图433.3大塑性变形（SPD）法

除了以上几种方法，材料科学工作者也在积极寻求更为先进的加工方法。如大塑性变形法，常见的大塑性变形法主要有：反复折皱-压直法(RCS)、高压扭转法(HPT)、累积扎制——复合法(ARB)、等径角挤压法(ECAP)。这些大塑性变形制备超细晶的方法在工艺上各有优缺点，但都有一个共有的特点，即存在不同程度的剪切变形。从剪切变形的剧烈程度、工艺的复杂程度、材料的使用范围以及晶粒的细化效果来看ECAP是最行之有效的超细晶制备工艺之一。3.3大塑性变形（SPD）法除了以上几种44ECAP原理图原理图挤压路径ECAP原理图原理图挤压路径45ECAP改进技术

1）旋转模具ECAP技术ECAP改进技术

1）旋转模具ECAP技术46旋转模具改进图旋转模具改进图472）多级连续ECAP法原理图2）多级连续ECAP法原理图48ECAR(equalchannelangularrollingprocess)原理图上模具下模具ECAR(equalchannelangularrol493.4快速凝固法（rapidso