專利名稱：一種用鈹鎳鈦銅合金制造的發電機轉子槽楔的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用鈹鎳鈦銅合金制造的發電機轉子槽楔，可用于汽輪發電機轉子端部，屬于發電機轉子槽楔技術領域。
背景技術：
汽輪發電機運行時，轉子槽楔要承受轉子運轉時槽內銅線、絕緣件及自身的巨大離心力，尤其當轉子在負序等非正常工況下運行時，較大的負序電流將產生較高的溫度。因此，要求用做轉子端部槽楔及作為負序電流阻尼作用的槽楔的合金材料須具有較高的導電率及室溫與高溫條件下較高的強度與韌性。
上海汽輪發電機有限公司大容量機組轉子端部槽楔力學性能及導電性能要求見表1表1力學性能及導電性能

目前，發電機轉子端部槽楔常用材料為鈹鈷鋯銅合金，合金的成份為Co2.30～2.70％，Be 0.45～0.70％，Zr 0.20～0.30％，Cu余量，雜質元素≤0.30％。
雖然力學性能及導電性能等都能滿足設計要求，但由于鈹鈷鋯銅合金中含有較高的Co、Be等元素，且這些金屬元素因具有放射性使得材料的生產成本增高。同時較高的Be含量在生產制造和加工過程中會給環境和人體帶來一定的危害。而且用鈹鈷鋯銅合金材料制造成的槽楔，成形后探傷合格率較低，約為70％。

發明內容
本發明的目的是發明一種低Be，無Co、Zr而室溫、高溫力學性能、導電率與原用鈹鈷銅合金性能相當，且價格相對較低的用鈹鎳鈦銅合金制造的發電機轉子槽楔。
為實現以上目的，本發明的技術方案是提供一種用鈹鎳鈦銅合金制造的發電機轉子槽楔，其特征在于，主要元素成分含量(Wt％)鈹0.10～0.30％、鎳1.50～2.50％、鈦0.40～0.60％、鉻0.05～0.15％；雜質元素成分含量(Wt％)錳≤0.04％、鉛≤0.01％、鋅≤0.50％、鐵≤0.20％、錫≤0.20％、鋁≤0.04％、鉍≤0.005％、鎂≤0.005％。
一種用鈹鎳鈦銅合金制造發電機轉子槽楔的方法，其步驟為第一步熔煉與澆鑄將純銅錠放入真空中頻感應爐熔煉，其中Be、Ti合金元素以中間化合物形式加入，加熱溫度以不超過1300℃為佳，合金元素均熔化成熔液；第二步澆鑄將步驟1熔煉的熔液澆鑄在金屬模加保溫冒口的澆鑄模里，得合金坯料；第三步熱鍛將澆鑄的合金坯料切除冒口及扒皮去除表皮的氣孔、夾渣、砂眼等澆鑄缺陷后熱鍛為發電機轉子槽楔成型毛坯，熱鍛溫度為720～850℃；第四步熱處理將熱鍛好的發電機轉子槽楔毛坯放入加熱爐進行固溶處理，溫度為940～980℃，保溫時間為1～1.5小時；第五步冷變形將熱鍛好的發電機轉子槽楔毛坯進行冷變形，冷變形度為20％～30％；第六步時效處理將冷變形后的發電機轉子槽楔毛坯加熱至450～550℃，保溫3～5小時；第七步機械加工將時效處理后的發電機轉子槽楔毛坯，進行機械加工，加工成發電機轉子槽楔。
本發明采用鈹鎳鈦銅合金發電機轉子槽楔，鈹鎳鈦銅合金屬于沉淀強化型材料，Be、Ti活性大，在大氣條件下熔煉極易氧化，成份難以控制，為達到預期目的及熔煉中減少銅合金中的夾雜物及氣體含量，采用真空中頻感應爐熔煉。同時由于Ti的熔點1668℃較銅熔點1083℃高，要使Ti元素容易熔于銅熔液中，必須使銅液升至高溫并保持足夠長的時間，此時銅熔液處于過燒溫度為1300℃，所得銅合金鑄錠質量很差，故此，Ti的加入，須采用Ti的中間化合物形式；Be在銅熔液的高溫下，長期保溫，極易氧化，造成Be的成份難以控制，故Be的加入亦須以Cu-Be中間合金形式加入，澆鑄模采用金屬模加保溫冒口，通過熔煉對合金成份的控制，達到預期成分含量的指標，并通過澆鑄、熱鍛、冷變形、熱處理及機械加工的工藝，最后制成低Be，無Co、Zr而室溫、高溫力學性能、導電率與原用鈹鈷銅合金性能相當，價格相對較低的發電機轉子槽楔。
本發明的優點是具有較高的室溫、高溫力學性能及高的導電性能，成本較低，且容易成型，成型后內部質量好，超聲波探傷合格率高。


圖1、2用鈹鎳鈦銅合金制造的發電機轉子槽楔結構示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
實施例第一步熔煉將純銅錠放入真空中頻感應爐熔煉，其中Be、Ti都以中間合金形式加入，加熱溫度至1200℃，合金元素均熔化成熔液；第二步澆鑄澆鑄模采用金屬模加保溫冒口，通過熔煉對合金成份的控制，達到預期成分含量的指標；第三步熱鍛熱鍛的目的主要是增加坯料的致密度，打碎初生鑄態化合物，為固溶處理、后工序的超聲波探傷等創造條件，其次為槽楔成型。
為了在鍛造中不易產生開裂及保證后工序超聲波探傷的高合格率，在鍛前，切除冒口及扒皮去除表皮的氣孔、夾渣、砂眼等澆鑄缺陷。同時合理選擇始鍛溫度與終鍛溫度對成品的質量致關重要，始鍛溫度過高，合金易過熱，終鍛溫度過低易鍛裂，一般控制在850～720℃；第四步熱處理鈹鎳鈦合金是以金屬間化合物在銅晶粒內沉淀強化，為達到時效強化效果，則應合適地選擇固熔溫度，保溫時間及冷卻速度；固熔溫度在規定合金成份范圍內，使合金化合物熔入單相α-Cu固熔體中，在不產生合金過熱或過燒的前提下，為獲得較高濃度的過飽和固熔體，選用940～980℃是適宜的，過高，則晶粒長大傾向嚴重，甚至晶粒晶界熔化，塑性指標急劇下降。溫度過低，則過飽和固熔體濃度不足，時效后強化相析出數量少，強度指標達不到預期性能；保溫時間合金固熔體保溫時間長短是影響能否獲得最大濃度過飽和固熔體的另一重要參數。保溫時間過短，強化相化合物不足以完全溶入α-Cu相中。在獲得最大濃度過飽和固熔體時間內，再延長保溫時間，不但不能增加過飽和度，反而因在高溫下長期保溫，合金的晶界長大，對綜合性能不利，選用1～1.5小時為宜；冷卻介質為使在高溫時獲得的高濃度過飽和固熔體保持至室溫，以獲得更多的位錯密度固熔體，提高時效強化效果，則應采用冷卻速度較快的介質。水則是理想介質溶液。同時應使工件從加熱爐轉入冷卻介質的時間越短越好，以免在轉移中固熔體發生分解，降低時效效果，經實驗，時間應控制在10秒內；第五步冷變形合金在固熔處理后進行冷變形，其作用是增加過飽和固熔體的位錯密度，為后工序時效處理中第二相的析出提供非自發晶核，從而提高固熔體的分解速度及強化相的析出密度，以獲得較好的力學性能及高的導電率，冷變形度在20～30％為佳；第六步時效處理時效是過飽和固熔體在一定溫度和時間下發生脫熔分解、析出沉淀強化相的過程。為獲得良好的綜合力學性能(包括高溫性能)、導電率，析出相應為顆粒細小、彌散分布的化合物質點。時效溫度的選擇至關重要。通過試驗，時效溫度選用450～550℃，保溫時間4小時為最佳，溫度過高，時間過長，將產生過時效；第七步機械加工時效處理后，進行機械加工，加工完后的槽楔1，如附圖1、2所示。
本發明主要合金元素成分含量見表2表2主要元素成分含量(Wt％)

雜質元素成分含量見表3表3雜質元素成分含量(Wt％)

表4力學性能及導電性能

權利要求
1.一種用鈹鎳鈦銅合金制造的發電機轉子槽楔，其特征在于主要合金元素成分含量(Wt％)鈹0.10～0.30％、鎳1.50～2.50％、鈦0.40～0.60％、鉻0.05～0.15％；雜質元素成分含量(Wt％)錳≤0.04％、鉛≤0.01％、鋅≤0.50％、鐵≤0.20％、錫≤0.20％、鋁≤0.04％、鉍≤0.00％5、鎂≤0.005％。
2.根據權利要求1所述的一種用鈹鎳鈦銅合金制造發電機轉子槽楔的方法，其步驟為第一步熔煉將純銅錠放入真空中頻感應爐熔煉，其中Be、Ti都以中間合金形式加入。加熱溫度以不超過1300℃為佳，合金元素均熔化成熔液；第二步澆鑄將步驟1熔煉的熔液澆鑄在金屬模加保溫冒口的澆鑄模里，得合金坯料；第三步熱鍛將澆鑄的合金坯料切除冒口及扒皮去除表皮的氣孔、夾渣、砂眼等澆鑄缺陷后熱鍛為發電機轉子槽楔成型毛坯，熱鍛溫度為720～850℃；第四步熱處理將熱鍛好的發電機轉子槽楔毛坯放入加熱爐進行固溶處理，固溶溫度為940～980℃，保溫時間為1～1.5小時；第五步冷變形將固溶處理后的發電機轉子槽楔毛坯進行冷變形，冷變形度為20％～30％；第六步時效處理將冷變形后的發電機轉子槽楔毛坯加熱至450～550℃時，保溫3～5小時；第七步機械加工將時效處理后的發電機轉子槽楔毛坯，進行機械加工，加工成發電機轉子槽楔。
全文摘要
本發明涉及一種用鈹鎳鈦銅合金制造的發電機轉子槽楔，其特征在于，主要元素成分含量(Wt％)鈹0.10～0.30％、鎳1.50～2.50％、鈦0.40～0.60％、鉻05～0.15％；雜質元素成分含量(Wt％)錳≤0.04％、鉛≤0.01％、鋅≤0.50％、鐵≤0.20％、錫≤0.20％、鋁≤0.04％、鉍≤0.005％、鎂≤0.005％，通過熔煉、澆鑄、熱鍛、冷變形、熱處理和機械加工工藝制成發電機轉子槽楔，本發明的優點是具有較高的室溫、高溫力學性能及高的導電性能，成本較低，且容易成型，成型后內部質量好，超聲波探傷合格率高。
文檔編號B21J1/06GK101078070SQ20061002687
公開日2007年11月28日 申請日期2006年5月25日 優先權日2006年5月25日
發明者王庭山, 曹金齊, 倪華, 黃兆款 申請人:上海汽輪發電機有限公司