1、本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目：高强高导 Cu-Sn 合金的制造及其性研究学 院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学生学号 指导教师 提交日期 诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 高强高导 Cu-Sn 合金的制造及性能研究 1课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，了解高强高导铜合金研究的背景，目的及意义，了解高强高导铜合金熔炼的过程及工艺，了解金属材料组织和力学性能的检测方法，为学生在毕业后从事材料成型技术工作打好基础。 2主要任务（1
2、）查阅 10 篇以上的科技文献。（2）掌握高强高导 Cu-Sn 合金的成分特点、制造工艺。（3）高强高导 Cu-Sn 合金的导电性、力学性能研究（4）获得高强高导 Cu-Sn 合金的具体成分、制造工艺参数及导电性、力学性能指标。（5）完成毕业设计的说明书、外文资料等。3主要参考资料1 王笑天金属材料学M北京：机械工业出版社，1987，267-2742 王深强等.高强高导铜合金的研究现状与展望J材料工程，1995（7） ，33 王晓娟，蔡薇，柳瑞清等.铜合金引线框架材料现状与发展J.江西有色金属，2004，18（1） ；31-344进度安排设计（论文）各阶段名称 起 止 日 期1 查阅科技文献，
3、完成开题答辩 12 月 1 日12 月 31 日2 高强高导 Cu-Sn 合金的制造工艺研究1 月 1 日3 月 10 日3 工艺研究，完成中期检查 3 月 11 日4 月 30 日4 高强高导 Cu-Sn 合金的性能研究高强5 月 1 日5 月 15 日5 整理资料，撰写论文，准备答辩 5 月 16 日6 月 10 日审核人： 年 月 日I高强高导 Cu-Sn 合金的制造及其性能研究摘 要：铜和铜合金具有良好的导电性、热导率和优良的耐腐蚀性能，广泛应用于电力、电子、机械制造和其他重要部门。随着我国电气化铁路的迅速发展，列车的运行速度越来越快，这就要求在加大接触线悬挂张力的同时还要提高其载流能
4、力和运行中的稳定性，以改善机车受流质量。如何使接触线材料铜合金具备高强度、良好的导电性能是目前研究重点。本文通过对高强高导 CuSn 合金和 CuSnFe 合金的制备，并且对铸态、正火态CuSn 合金棒材的性能研究和比较，得出结论，在 CuSn 合金中随着含锡量的增加，其合金的摩擦系数有所提高，在铸态和正火后的 CuSnFe 合金，随着含铁量的增加，摩擦系数出现相反的变化趋势。仅仅依靠在 Cu 合金单一的添加元素和析出相来强化铜合金材料，所起到的作用显然是有限的，因此在 CuSn 合金中加入 Fe 元素之后在经过正火不仅能提其导电性能，而且还能增加合金的机械加工以及其他需要高强度高导电的行业中
5、。关键词：铜合金、高强、高导、接触线、电导率With high strength and high conductivity of Cu - Sn alloy manufacture and its performance studyAbstract：Copper and copper alloy with good electrical conductivity, thermal conductivity and excellent corrosion resistance, widely used in electricity, electronics, machinery manufac
6、turing, and other important industrial sector. Through to the preparation of the alloy with high strength and high conductivity CuSn alloys and CuSnFe and as-cast, normalizing CuSn alloys bar performance research and compare both.With the rapid development of electrified railway in our country, the
7、speed of train running faster and faster, which requires the contact wire suspension with tension and improve the stability of the current-carrying capacity and operation, to improve the quality of locomotive by flow.How to make the line of contact materials of copper alloy with high strength, good
8、electrical conductivity is the research focus.This paper through high strength and high conductivity CuSn alloys and CuSnFe alloy preparation,And for the as-cast state, as-normalized condition CuSn alloys bar IIperformance study and the comparison, concluded that with the increase of sn content in t
9、he CuSn alloys and its alloy friction coefficient increased,After as-cast and as-normalized condition CuSnFe alloy, with the increase of iron content, the coefficient of friction in the opposite change tendency.Just rely on the Cu alloy single add elements and precipitated phase to strengthen copper
10、 alloy materials, play a role is clearly limited, so after adding Fe element CuSn alloys after as-normalized condition can not only improve the electrical conductivity, but also can increase the hard alloy machinery processing and other industries of need high strength and high conductivity.Keywords
11、: Copper alloy、 high strength 、 high conductivity、contact wire、conductivityIII目 录1 前言 .12 高强高导 CuSn 合金和 CuSnFe 合金的制备 .42.1 高强高导 CuSn 合金 CuSnFe 合金的制备过程 .42.2 配料 .52.3 酸洗与烘干 .52.4 高频熔炼.52.5 去气处理.52.6 红外线测温或热电偶测温.52.7 真空感应熔炼.52.8 浇注.63 铸态 CuSnFe 合金棒材的性能研究.73.1 铸态 CuSnFe 合金微观组织观察.73.1.1 使用的设备、仪器、工作原理、实验
12、条件.73.1.2 实验金相图片.83.2 铸态 CuSnFe 合金摩擦、磨损性能.93.2.1 使用的设备、仪器、工作原理、实验条件.93.2.2 工作原理.93.2.3 实验条件.93.2.4 实验结果.103.2.5 不同材料的摩擦、磨损性能比较，得出结论.103.2.6 实验所得结论.113.3 铸态 CuSn 或 CuSnFe 合金的硬度.123.3.1 使用的设备、仪器、操作规程、实验规范.123.3.2 工作原理.123.3.3 实验条件.123.3.4 测得硬度值.123.3.5 不同材料的硬度值比较，得出结论.123.4 铸态 CuSn 或 CuSnFe 合金的导电性能.13
13、IV3.4.1 使用的设备、仪器.133.4.2 实验条件.133.4.3 电阻率、导电率的计算.133.4.4 不同材料导电性能比较，得出结论.144 正火态 CuSn 或 CuSnFe 合金棒材的性能研究.154.1 正火态 CuSn 或 CuSnFe 合金微观组织观察.154.1.1 介绍使用的设备、仪器、实验条件.154.1.2 金相图片.154.1.3 与铸态微观组织之间的差别.164.2 正火态 CuSn 或 CuSnFe 合金摩擦、磨损性能.164.2.1 使用的设备、仪器、实验结果.164.2.2 工作原理.164.2.3 实验条件.174.2.4 实验结果.174.3 不同材
14、料的摩擦、磨损性能比较，得出结论.184.4 与铸态合金摩擦、磨损性能比较.194.5 正火态 CuSn 或 CuSnFe 合金的硬度.194.5.1 使用的设备、仪器.194.5.2 工作原理.194.5.3 实验条件.194.5.4 测得硬度值.204.6 不同材料的硬度值比较，得出结论.204.7 与铸态合金硬度值比较.204.8 铸态 CuSn 或 CuSnFe 合金的导电性能.204.8.1 使用的设备、仪器.204.8.2 实验条件.204.8.3 电阻率、导电率的计算.204.8.4 不同材料导电性能比较，得出结论.214.8.5 与铸态合金的导电性能比较.225 结论.23V参
15、考文献.24致谢.25太原工业学院毕业设计11 前言由于铜及铜合金具有良好的导电、热、导耐腐蚀性以及优良的工艺性能和较高的强度，广泛应用被用于电力、电工、机械制造等重要工业部门随科学技术和现代工业的发展，铜及铜合金的性能提出了更高的要求。大规模集成电路的引线框架、各种点焊、滚焊机的电极、大型高速涡轮发电机的转子导线、触头材料、电动工具的换向器、大型电动机车的架空导线、高压开关簧片、微波管以及宇航飞行器的元器件等都要求材料在保持优异的导电性能的同时、具有更高的强度、热交换环境中的连铸机结晶器内衬、电厂锅炉内喷射式点火喷孔、气割枪喷嘴等，不仅要求材料具有高的热导率，而且有足够高的强度。因此人们在不
16、断的探索具有优良的综合物理性能和力学性能的功能材料高强高导铜合金，以满足对铜合金材料的新要求。早在 20 世纪 70 年代，电子工业的飞速发展，英、美、日等发达国家就对高强高导铜合金进行了系统的研究，并开发了一系列的产品。20 世纪 80 年代以来，我国也开始进行大量高强高导铜合金的开发和研制工作，对逐步建立我国高性能铜合金体系、研究性能优异的高性能铜合金，具有重要的现实意义。随着我国电气化铁路的迅速发展，列车的运行速度越来越快，这就要求在加大接触线悬挂张力的同时还要提高其载流能力和运行中的稳定性，以改善机车受流质量。接触线是整个电气化列车运行体系中的关键部件，因此要求接触线材料必须具备高强度
17、、耐高温、耐磨损、良好的导电性能和高的抗软化温度。目前，欧洲、中国普遍采用铜银合金接触线，这种材料满足了250Km/h的列车运行速度，但是要满足350-400Km/h或者是更高速的电气化铁路列车，就必须研究开发新型的接触线材料，而接触线材料理想的性能指标为：抗拉强度550MPa，导电率80%IACS，使用温度在300时的抗拉强度下降率在15%以下。目前，国内外电气化高速铁路使用的接触线主要分为三大类：(1)纯铜接触线；(2)铜合金接触线；(3)复合材料接触线。纯铜接触线是一种经过拉拔后不经过退火就直接使用的硬铜导线，纯铜电车接触线一般是通过冷作硬化来提高合金材料强度的，纯铜的导电性能非常好，因
18、此纯太原工业学院毕业设计2铜电车接触线导电率在97%IACS左右，但是纯铜电车接触线的抗拉强度比较低，在350MPa左右，并且高温时接触线强度比较低，很容易软化，特别是在高温时抗拉强度大幅度下降。资料显示纯铜接触线的最高温度不大于100时，抗拉强度在350MPa以上，但是温度大于150后，抗拉强度就会急速下降。温度为250时，抗拉强度为226MPa。很显然纯铜接触线是不宜在高速下使用的。铜合金接触线相对于纯铜接触线来讲，抗拉强度较高，耐磨性好，生产时在铜中加入少量的合金元素，通过微合金化在保持接触线一定电导率的条件下来提高接触线的强度和高温软化性能，国外高速电气化铁路几乎上全部采用了铜合金接触
19、线。在我国，按照最新的铜合金接触线标准来划分，基本上可以分为三种：铜银、铜锡、铜镁。铜银合金接触导线在铜中添加0.08%0.12%的微量元素银， “银”属于固溶强化型合金元素，加入到熔融的铜中与铜形成固溶体而使材料得到强化，虽然会不同程度地降低铜基材料的导电率，而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。铜锡合金接触线是在铜中添加0.13%的微量元素锡，锡与银同样属于固溶型合金元素，虽然会使导电率较大幅度降低，但可大大改善其耐摩耗性能，提高材料的强度，并且使耐热性能保持在与铜银合金接触网导线同等或以上水平，所以作为耐摩耗、耐热型接触线被广泛使用。目前用连铸连轧
20、+拉拔工艺生产的铜锡合金接触线已经得到业界的认可，并且有在准高速和高速电气化铁路建设中被大量使用的趋势。现在法国在时速300-350Km/h的高速列车接触线中所研制的铜锡120接触线材料，抗拉强度为360MPa，接触线的导电率为70%IACS。日本是电气化铁路使用较早、合金化技术处于前沿的国家，日本在1992年开发出了GT-SN型铜锡接触线，以适应电气化铁路高速、高寿命的要求。该新型接触线与普通的铜锡合金接触线相比具有同等导电率、同等或以上的耐疲劳性，通过特殊的合金成分设计和加工工艺，增加锡元素含量，高温下的抗拉强度与延伸率得到改善的同时，耐摩性和强度比普通铜锡合金接触线更加优异，在300Km/h的高速运行中具有良好的集电性能和运行稳定性。铜镁接触线在生产过程中存在着一定的问题，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。在铜镁合金接触线的生产中, 如果镁含量过高，铸造工艺与冷加工工艺的控制难度增大，而镁含量过低，则达不到所需要的强度要求。要实现铜镁冶金材料的规模化连续生产，在加工工艺方面还存
