换向器用铜及铜合金梯型型材编制说明中国有色金属标准质量信息网.docx
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换向器用铜及铜合金梯型型材编制说明中国有色金属标准质量信息网
《电机整流子换向片用铬锆铜棒材》编制说明
一、任务来源
根据国标委综合〔2015〕59号和全国有色金属标准化委员会【2015】29号文件,下达了《2015年第二批有色金属国家标准项目计划表》序号53项(计划编号20152286-T-610)《电机整流子换向片用铬锆铜棒材》国家标准由江苏包罗铜材集团海门江滨永久铜管有限公司、苏州有色金属研究院有限公司负责起草制定。
二、工作简况
1.铬锆铜棒材行业发展概况
整流子是直流电机的重要部件,作用是将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流或将绕组内的交变电动势转换为电刷端上的直流电动势。
构成整流子的换向片采用各种牌号的纯铜、银铜、高铜模压而成,其应用广泛。
电机运转时,换向片在高速旋转中,即要传导电流,又要经受机械应力,热应力及电火花的作用。
由于整流子工作时本身温度升高,因此要求换向片在具有高的导电性和导热性的同时,应具有较高的强度、热强性和耐电弧性和适当的塑性。
纯铜及银铜换向片虽具有较高的导电性能,但由于材料的抗高温软化性能较低,其强度、耐磨性和再结晶温度较低,使用时,往往由于电机发热而使换向片软化,无法满足高速、大型电机对机械性能和工艺性能的要求。
铬、锆、镁铜合金是一种新型的电机换向器片材料,其性能优于目前我国广泛应用的铜和银铜,它的主要特点是导电率高(≥85%IACS)、强度大(≥40公斤),在高温下还能保持冷加工硬化的效果,并且在淬火状态下具有与铜类似的塑性,工艺性能好,它可提高电机的工作温度和使用寿命。
锆铜合金棒材淬火时,大部分锆固溶于铜固溶体中,时效时析出沉淀强化相,有效地提高再结晶温度和热强性,铬锆镁铜合金是在具有较高的机械性能的铜铬基础上加入少量锆以便显著地增加再结晶温度、强度和热强性,加微量镁不仅能进一步提高耐热性,改善缺口敏感性,而且在冷加工过程中可阻止析出相沉淀,有利于提高最终时效效果。
通过较大的准变形量和时效析出弥散相的方法来提高其强度等性能,制造工艺较复杂,所需设备较多,工艺要求较严,成本较高,但性能很好。
2.立项目的和意义
近几年来整流子的制造企业在国内大量建厂,生产的整流子大量出口国外,我国电机整流子用换向片的生产大多采用热压成型工艺,由于热压成型的工艺历史悠久,其工艺是比较稳定可靠的。
为保证热压成型换向片的产品质量,要求换向片的原料用棒材即各种铜棒材能够具有相应的质量水平,本标准的制定对于规范市场,消除贸易壁垒意义重大。
紫铜棒材为传统的换向器片材料,具有很高的导电、导热性,生产工艺简单,成本低,但强度和热强性差,仅适用于塑料换向器和线速度较低的拱形换向器。
银铜棒材具有很高的导电、导热性,生产工艺简单,成本较低,但强度也较低,适用于一般用途的换向器。
镉铜棒材具有高温抗氧化性能,高的强度和硬度,生产工艺简单,适用于线速度较高的拱形换向器,但镉铜棒中的镉是剧毒物质,因此在很大程度上限制了它的应用。
锆铜和铬铜棒材具有很高的再结晶温度和热强性,高的强度和硬度,在电机领域已经获得了越来越广泛的应用。
目前电机整流子用铬锆铜棒材生产无标准可执行,其他行业的标准及国外标准也只包含银铜,已远不能适应我国电机制造生产单位生产经营活动的需要,制定专用标准有其必要性。
江苏包罗铜材集团海门江滨永久铜管有限公司是利用水平连铸+挤压+拉拨方式生产铜及铜合金棒的生产厂家,公司致力于铜及铜合金棒材的研发和产业化生产工作,已有多年生产经验,目前已研发和攻克了铬锆铜棒的挤压拉伸及形变热处理工艺。
公司拥有多台套的水平连铸熔炼炉和自动化连续铸造设备,挤压拉伸设备,模具加工制造车间引进先进的线切割,数控机床、模具热处理及外表面喷涂等设备,能自主完成从模具设计到加工的全过程,技术实力雄厚。
3.项目编制组成员
本项目的编制组由江苏包罗铜材集团有限公司海门江滨永久铜管有限公司、苏州有色金属研究院有限公司共同起草。
4.主编单位的技术基础
江苏包罗铜材集团股份有限公司创建于1976年,下辖海门江滨永久铜管有限公司和江苏天宇新材料研究所有限公司等12个子公司。
公司占地面积50万平方米,其中建筑面积10.5万平方米,拥有多条连铸-冷穿孔(挤压)-拉伸管棒材生产线,各类生产设备200多台(套),总资产3.9亿元。
主要产品有铜及铜合金管材、棒材、线材及铜管件四大系列。
产品广泛适用于冰箱、空调、建筑水道、海水淡化、装备制造、汽车、电子、电力通讯工业、船舶交通、五金机械、核电、军工、医疗器械等行业,公司年生产能力达3万吨左右。
子公司江苏天宇新材料研究所有限公司拥用各类大型机械加工设备并有很高的设备加工与安装能力。
公司拥有较为完善的基础设施和齐全的有色金属材料加工、试验设备。
公司的试验室检测设备齐全,能够进行有色金属材料的化学、物理、机械、电气、金相等多方面的性能检测。
经过30多年的发展,企业已具有雄厚的有色金属铜加工技术资源和技术实力:
包罗”铜管被认定为“江苏省名牌产品”;注册商标“包罗”为“江苏省著名商标”;2001被国家工商总局授予“国家重信用守合同企业”;多次被政府部门授予“江苏省明星企业”。
公司注重技术创新,1995年公司被国家科委认定为“国家高新技术密集区特种铜材基地”,目前拥有省级以上鉴定的科研产品18个,部省级科技开发项目9个,各类科技成果12项,获国家专利局颁发的专利证书8个,其中发明专利2个。
被国家工商总局授予为全国“重合同、守信用”企业。
公司一直是银行的AAA级信用企业
企业多年来一直承担着多个有色金属产品的国家标准起草任务,仅在2005年至今承担了GB/T18033-2007《无缝铜水管和铜气管》、GB/T19850-2005《导电用无缝圆形铜管》、GB/T5231-2011《铜及铜合金牌号和化学成分》、GB/T30015-2013《高速铁路触网用铜合金棒》、YS/T962-2014《连铸青铜管》、YS/T1038-2015《电机换向器用铜及铜合金梯形型材》、《海水管系零部件用青铜棒》、《模具材料用铜合金棒》等,尚未完成的在起草标准任务、〈精密电讯器材仪器仪表用白铜合金棒线〉〈电机整流子用铬锆青铜棒材〉等多项标准起草任务。
苏州有色金属研究院有限公司:
5.主要工作过程
标准制订计划任务正式下达后,成立了标准起草小组,并落实起草任务,确定标准的主要起草人,拟定该标准的工作计划。
研究整理了本企业产品的技术要求及产品使用现状,并会同营销人员对整流子用铬锆铜棒材生产及应用两方面进行调研,全面、准确地了解了市场不同客户的需求及国内目前铬锆铜棒生产整体水平和现状。
依据大量技术资料,于2015年10月形成了本标准征求意见稿。
三、标准编制原则
本标准起草单位自接受起草任务后,成立了本系列标准编制工作组负责收集生产统计、检验数据、市场需求及客户要求等信息。
初步确定了《电机整流子换向片用铬锆铜棒材》标准起草所遵循的基本原则和编制依据:
1)查阅相关标准和国内外客户的相关技术要求;
2)根据国内铬锆铜棒材生产企业具体情况,力求做到标准的合理性与实用性;
3)根据技术发展水平及测试数据确定技术指标取值范围;
4)完全按照GB/T1.1和有色加工产品标准和国家标准编写示例的要求进行格式和结构编写。
四、主要技术指标及其确定依据
1、牌号的确定
锆铜和铬铜棒材具有很高的再结晶温度和热强性,高的强度和硬度,适用于高速、大电流的绑环式换向器和拱形换向器。
本标准根据目前换向片用铬锆铜棒材的实际生产及应用情况,确定了TCr0.5-0.2-0.1、TCr0.3-0.3、TCr0.5-0.1、TCr0.8、TCr0.5、TZr0.2、TZr0.4等牌号。
2、供应状态的确定
我国大中型电机整流子用换向片按其最终强化工艺,可分为二大类型:
冷变形强化型和时效析出强化型,时效析出主要工艺为:
固溶→冷变型→时效。
铬铜和锆铜棒材属于析出强化型合金,通过较大的冷变形和时效析出新相的方法来提高其强度。
根据整流子加工企业加工工艺的不同,铬锆铜棒材可以多种状态供货。
本标准规定了固溶热处理+冷加工(硬)+沉淀热处理(TH04)硬态(TD04)软化退火态(O60)热挤(M30)等多种状态。
3、规格范围
根据标准计划要求,标准编制组通过检索、搜集国内外技术标准和调研用户使用产品情况,依据电机行业对铬锆铜棒的要求,结合企业多年供货合同经过统计做出规定。
本标准规格范围与国外标准大至相当。
4、尺寸及允许偏差的确定
参考国外标准并根据电机行业对铬锆铜棒材的要求情况,本标准规定了产品的尺寸及允许偏差,本标准挤制棒材直径允许偏差与行标《铜及铜合金挤制棒》公差水平基本相当。
拉制棒材直径(或对边距)及其允许偏差略严于国家《铜及铜合金拉制棒》标准公差水平,这与当前行业发展水平相适应。
5、力学性能和电性能的确定
本标准力学性能根据用户的实际需求确定及生产检测数据确定,主要牌号的验证数据见表3,表4。
表3TCr1合金棒材主要性能数据表
编号
规格㎜
RmMPa
规定塑性延伸强度MPa
δ5%
状态
1
φ19.05
545
540
12
TL04
2
φ19.05
510
505
12
TL04
3
φ19.05
500
495
13
TL04
4
φ19.05
525
520
12
TL04
5
φ19.05
480
445
16
TH04
6
φ19.05
495
450
18
TH04
7
φ19.05
550
545
11
TL04
8
φ19.05
475
465
15
TL04
9
φ19.05
515
510
10
TL04
10
φ19.05
530
525
11
TL04
表4TCr1合金棒材主要性能数据表
编号
IACS
平均值
HRB
平均值
RmMPa
规定塑性延伸强度MPa
δ5%
状态
5#
83
78
480
445
16
TH04
6#
80.5
75.5
TH04
7#
80.5
75.7
495
450
18
TH04
1#
77.8
81.7
545
540
12
TL04
9#
78
81.3
550
545
11
TL04
2#
79.9
77.8
510
505
12
TL04
3#
79
78.5
500
495
13
TL04
4#
81.7
77.3
525
520
12
TL04
10#
86.5
72.7
475
465
15
TL04
10#
81.5
74.7
515
510
10
TL04
12#
81.6
77.2
530
525
11
TL04
表5TCr1合金棒材主要性能数据表
编号
规格,㎜
IACS,%
HB
状态
1
φ32
39
62.4
M30
TB00
2
φ32
42
64.9
M30
TB00
3
φ32
50
66.2
M30
TB00
4
φ32
39
62.4
M30
TB00
5
φ32
42
64.9
M30
TB00
6
φ32
48
61.8
M30
TB00
7
φ32
43
66.8
M30
TB00
8
φ32
46
64.9
M30
TB00
9
φ32
51
60.9
M30
TB00
10
φ32
50
71.1
M30
TB00
11
φ32
54
66.8
M30
TB00
12
φ32
66
65.5
M30
TB00
13
φ32
46
66.8
M30
TB00
14
φ32
47
62.4
M30
TB00
15
φ32
56
62.4
M30
TB00
16
φ32
45
63.6
M30
TB00
17
φ32
47
65.5
M30
TB00
18
φ32
57
62.1
M30
TB00
锆铜主要性能数据表
规格
形状
导电率IACS
HRB
延伸率
屈服强度
抗拉强度
15.875
圆
92.63
93.34
72.00
73.00
13
13
425
430
430
435
28.575
圆
87.06
91.85
65.00
70.00
12
15
420
515
425
520
15.875
圆
93.68
94.32
65.00
67.00
14
14
430
435
435
440
15.875
圆
93.64
94.53
70.00
73.00
11
11
425
430
430
435
28.575
圆
90.88
91.55
72.00
73.00
15
15
395
410
415
420
15.875
圆
92.70
94.80
69.00
72.00
11
12
440
455
445
460
15.875
圆
92.30
94.40
72.00
73.00
12
12
420
425
425
430
28.575
圆
92.81
93.42
70.00
70.00
15
15
395
400
400
405
15.875
圆
91.38
92.47
71.00
72.00
12
14
465
440
470
445
12.7
圆
93.00
92.65
72.00
73.00
12
15
455
435
465
440
12.7
圆
90.50
88.74
74.00
77.00
15
15
460
455
470
465
12.7
圆
90.94
90.19
74.50
72.50
15
14
440
450
450
460
15.875
圆
91.87
92.08
74.00
74.00
12
13
460
440
465
445
12.7
圆
87.70
89.41
75.50
76.00
13
15
475
465
485
475
15.875
圆
92.59
91.16
70.50
74.00
13
13
450
450
455
460
15.875
圆
92.04
92.31
74.00
74.00
16
15
445
455
450
460
15.875
圆
88.89
94.16
76.00
71.00
13
13
440
410
450
415
15.875
圆
88.84
89.73
76.50
73.00
13
16
455
440
460
445
15.875
圆
91.11
90.83
75.00
76.50
10
14
425
460
435
470
15.875
圆
88.20
88.39
76.00
73.00
13
13
465
455
470
460
15.875
圆
92.02
92.23
73.00
74.00
14
14
420
425
435
435
15.875
圆
86.64
91.22
77.00
73.00
14
12
405
410
420
430
15.875
圆
92.15
95.71
68.00
67.00
13
13
410
425
415
430
15.875
圆
92.82
93.59
72.00
71.50
12
12
415
430
425
435
15.875
圆
93.52
90.23
72.00
70.00
16
13
425
445
430
450
15.875
圆
90.56
93.54
74.00
69.00
13
13
420
405
430
415
28.575
圆
89.28
94.64
68.00
71.00
13
14
415
390
420
395
28.575
圆
96.04
92.09
69.00
71.00
14
14
390
390
400
400
28.575
圆
96.63
94.23
70.00
70.00
14
17
370
360
385
370
25.4
圆
94.04
93.34
71.00
69.00
13
12
440
410
450
420
12.7
圆
91.83
92.27
69.00
70.00
10
12
460
460
465
470
15.875
圆
93.66
93.64
68.00
70.50
13
13
430
425
435
445
12.243
圆
96.26
96.16
70.00
68.00
15
14
435
430
440
435
15.875
圆
94.64
93.87
71.00
69.00
11
10
440
435
450
445
15.875
圆
87.86
85.27
75.00
75.00
12
12
450
450
455
455
50.8
圆
90.19
91.23
57.00
60.00
13
15
340
355
350
370
15.875
圆
92.81
93.31
69.00
70.00
14
14
435
450
445
455
6、表面质量
本标准对铬锆铜棒表面质量规定为:
棒材表面应加工良好,不允许有裂纹、起皮、夹杂等影响使用的缺陷。
五、标准水平分析
通过文献检索和网上查询,国内外关于铬锆铜棒材标准主要有欧盟标准:
BSEN12163-1998《铜及铜合金通用棒材》,标准中涉及了CuCr1、CuZr两个牌号,规定了铬锆铜棒材的化学成分、力学性能、尺寸公差与交货检验等,但没规定棒材的最低导电率,而且该标准的尺寸公差水平低于本标准的公差水平。
我国现有的中国铬锆铜棒材标准为有色行业标准YS/T584-2006《电极材料用铬锆青铜棒》、行业标准YS/TXXXX-XXXX《电极材料用铬锆青铜线材》、国家标准GB/T1527-2007《铜及铜合金拉制棒》。
YS/T584-2006《电极材料用铬锆青铜棒》及行业标准YS/TXXXX-XXXX《电极材料用铬锆青铜线材》。
该标准规定了铬锆铜棒材及线材的要求、试验方法、检验规则和标志、包装、运输、贮存及质量证明书与订货内容,涉及的牌号及供货状态均与本标准不同,是由于两个标准涉及的材料应用领域有不同,对材料的性能有不同的要求所致。
综上所述,国内目前还没有电机整流子用的铬锆铜棒材的专用标准,而目前这种产品已经大量生产和应用,其生产和订货只能执行内部技术协议。
为了满足国内、外市场对电机整流子用铬锆铜棒材的需要,保证产品质量和企业权益,制订该产品标准迫在眉睫。
本标准结合我国整流子用铬锆铜棒材的生产现状,参照BSEN12163-1998标准编制,实际生产产品的品质达到了国外同类产品实物水平,标准水平达到了国际先进水平,填补了我国没有电机整流子用铬锆铜棒材的国家标准空白。
本标准的主要指标与国外标准对比结果见附表1及附表2。
六、与现行相关法律、法规、规章及相关标准,特别是强制性标准的协调性
我国现有的中国铬锆铜棒材标准为有色行业标准YS/T584-2006《电极材料用铬锆青铜棒》、行业标准YS/TXXXX-XXXX《电极材料用铬锆青铜线材》、国家标准GB/T1527-2007《铜及铜合金拉制棒》。
国家标准GB/T1527-2007《铜及铜合金拉制棒》是通用型标准。
专用标准YS/T584-2006《电极材料用铬锆青铜棒》及行业标准YS/TXXXX-XXXX《电极材料用铬锆青铜线材》,该标准规定了铬锆铜棒材及线材的要求、试验方法、检验规则和标志、包装、运输、贮存及质量证明书与订货内容,涉及的牌号及供货状态均与本标准不同,是由于两个标准涉及的材料应用领域有不同,对材料的性能有不同的要求所致。
而本标准是属于电力行业用专用标准,是YS/T584-2006和YS/TXXXX-XXXX不可替代的标准,本标准是GB/T1527-2007标准的补充,本标准与GB/T1527-2007、YS/T584-2006一同构成铜铬锆棒材的标准体系。
七、重大分歧意见的处理经过和依据
无。
八、作为强制性国家标准的建议
本标准建议不作为强制性标准,而建议作为推荐性标准。
九、贯彻标准的要求和措施建议
本标准是以我国电机整流子用铬锆铜棒材的实际生产现状为基础,结合国内、外订货合同要求,同时参照BSEN12163-1998标准进行制定的,标准全面覆盖了电机整流子用铬锆铜棒材的一般要求,建议相关单位组织专项标准宣贯会进行系统学习。
本标准发布后,各企业应积极宣传和贯彻,并立即采用新标准订货,以保证产品质量,满足国内、外市场及用户的需要。
十、废止现行有关标准的建议
无。
十一、其它应予说明的事项
本标准根据目前国内电机整流子用铬锆铜棒材实际生产现状和订货合同情况确定标准技术条件,考虑随着新材料的开发使用和生产装备的更新,如果以后生产或订货合同中有其它合金或状态需求可在下一版中进行补充修订。
十二、预期效果
本标准结合我国国情,在国内生产企业及国内外用户需求的基础上,参照美国同类产品标准BSEN12163-1998制定,技术指标先进,具有普遍性、广泛性、适用性、科学性和先进性。
本标准发布后,将规范我国海洋环境用铝青棒的性能和技术要求,提高产品在国内、外市场上的竞争力,给生产企业带来巨大的经济效益,同时,制定该新材料的国家标准,有利于产品打入、占领国际市场。
编制组2015.10.1
附表1本标准与国外同类标准力学性能与电性能对比见表
本标准
BSEN12163-1998
牌号
状态
规格
抗拉强度Rm
MPa
断后伸长率A%
布氏硬度HB
导电率
IACS%
牌号
状态
规格
抗拉强度Rm
MPa
断后伸长率A%
布氏硬度HB
TCr1
TB00
5~60
≥200
≥30
≥65
≤55
CuCr1
R200
8~80
≥200
≥30
≥6
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