接觸網(wǎng)用高強度中心錨結(jié)線夾本體熱處理工藝研究

（中鐵建電氣化局集團軌道交通器材有限公司，江蘇 常州 213179）

接觸網(wǎng)是電氣化工程中的主要構架，以鋁面作為導電部分，保證了導電性能。高強度中心錨結(jié)線夾采用鋁青銅材料，經(jīng)科學熱處理后，可獲得強度高、抗應力腐蝕性能良好的優(yōu)良性能。

1 性能分析

（1）性能指標。中心錨結(jié)裝置是接觸網(wǎng)系統(tǒng)中防止錨段向一側(cè)竄動或接觸懸掛斷線時縮小事故范圍的裝置，其線夾本體表面硬度與接觸線溝槽處硬度匹配要求達到1.2～1.2:1；應力腐蝕指標要求中心錨結(jié)線夾在規(guī)定的緊固力矩狀態(tài)下，使用斷裂力學、恒載荷等試驗符合技術要求。

（2）材料分析。鋁青銅具有比合金鋼更高的強度。圖1為Cu-Al二元相圖，橫軸表示合金中Al含量所占百分比的多少，縱軸表示溫度的高低。鋁青銅實際冷卻過程極不平衡，當合金表面冷卻到低溫狀態(tài)時，內(nèi)部存在高溫β相組織，并以不同的方式發(fā)生相變。表1為Al含量為9.4%～15.6%時Cu-Al合金在不同固溶溫度冷卻后的組織。

圖1 Cu-Al二元相圖

表1 Cu-Al合金在固溶溫度后組織

牌號為QAl10-5-5的鋁青銅中心錨結(jié)線夾本體薄厚不均，產(chǎn)品三維造型如圖2所示。

圖2 中心錨結(jié)線夾本體三維圖

鍛造成型前棒材鋁青銅的主要化學成分如表2所示，主要機械性能如表3所示。

表2 QAl10-5-5的鋁青銅棒的化學成分

表3 QAl10-5-5的鋁青銅棒材機械性能（25℃）

2 試驗方法

采用控制變量法，將室溫狀態(tài)的中心錨結(jié)線夾本體使用GGF系列1300℃高溫爐進行熱處理，并通過相關設備進行硬度、強度、滑動荷重、微觀組織、應力腐蝕等機械性能進行測試。

（1）保持時間不變，溫度變化。熱處理時間控制在120min不變，溫度從500℃開始每次增加50℃進行測試。每次所測試樣個數(shù)為10個，所得數(shù)據(jù)取平均值，所得結(jié)果如表4所示。

表4 熱處理溫度對試樣組織和性能的影響

（2）溫度不變，時間變化。熱處理溫度控制在650℃不變，時間從30min開始每次增加一小時進行測試，每次所測試樣個數(shù)為10個，所得數(shù)據(jù)取平均值，結(jié)果如表5所示。

表5 熱處理時間對試樣組織和性能的影響

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 溫度對中心錨結(jié)線夾的性能的影響

（1）對力學性能的影響。分析以上試驗結(jié)果，試樣硬度隨著熱處理溫度的升高先升后降，在650℃附近最大；試樣的強度在整個溫度范圍內(nèi)變化不大，但屈強比在650℃時達到最大，抗變形能力達到最佳狀態(tài)。如圖3所示。

圖3 熱處理溫度對試樣機械性能的影響

（2）對微觀組織的影響。熱處理溫度為600℃～650℃時，Cu-Al合金中析出了大量的K相組織，如圖4所示。這種細小均勻的合金相排布比較致密，微觀組織中各個方向的位錯交叉分布，合金的塑性和延伸率得以提高。另一方面，經(jīng)該溫度范圍的熱處理之后，基體組織ɑ相中滲入了硬而脆的共析體組織（ɑ+γ2）相，這種分布均勻、硬度較高的組織使得合金強度和硬度有所提高。

圖4 500℃/550℃/600℃/650℃試樣微觀組織

（3）對滑動荷重與應力腐蝕的影響。使用拉力試驗機對式樣進行滑動荷重試驗，所得數(shù)據(jù)如圖5所示。可見試樣在熱處理溫度為650℃以上時，滑動荷重達到72kN線斷未滑，符合技術要求。

圖5 熱處理溫度對滑動荷重的影響

3.2 時間對中心錨結(jié)線夾性能的影響

（1）對力學性能的影響。當溫度不變時，試樣硬度隨熱處理時間先升高后降低，在120min左右時硬度最高，而試樣的強度也在這時處于較理想狀態(tài)，如圖6所示。

圖6 熱處理時間對試樣機械性能的影響

（2）對微觀組織的影響。當熱處理時間小于60min時，共析體組織（ɑ+γ2）相來不及完全滲入基體組織ɑ相中，質(zhì)軟非平衡分布的ɑ相占據(jù)了較高比例，這時試樣硬度、強度和延伸率處于較低水平。當延長熱處理時間后，ɑ+γ2→β反應能夠充分進行，由于β相固溶體塑性較好，硬度比ɑ相固溶組織高，所以這時試樣的強度和硬度都有所提高。當繼續(xù)延長熱處理時間后，微觀組織中K相增多并迅速長大變粗，塊狀K相不具有顆粒狀K相的特點，大量的塊狀K相反而使合金硬度和強度降低。微觀組織如圖7所示。

圖7 60min/120min/120min/240min試樣微觀組織

（3）對滑動荷重與應力腐蝕的影響。分別對熱處理時間為30min、60min、120min、240min的試樣進行滑動荷重試驗，緊固力矩保持100N·m不變，所得數(shù)據(jù)如圖8所示。由圖可知當熱處理時間大于60min時，試樣滑動荷重均能達到70kN線斷未滑。將不同熱處理溫度后的試樣分別進行應力腐蝕試驗，所有試樣均無明顯裂紋，應力腐蝕試驗符合技術要求。

圖8 熱處理時間對滑動荷重的影響

4 結(jié)論

經(jīng)650℃保溫120min熱處理之后的試樣具有很高的強度和硬度。試樣的硬度、抗拉強度、屈服強度和延伸率相比鍛態(tài)分別提高了13.8%、6.5%、14.4%、26.9%，試樣具有良好的綜合性能。