接触网用高强度中心锚结线夹本体热处理工艺研究

（中铁建电气化局集团轨道交通器材有限公司，江苏 常州 213179）

接触网是电气化工程中的主要构架，以铝面作为导电部分，保证了导电性能。高强度中心锚结线夹采用铝青铜材料，经科学热处理后，可获得强度高、抗应力腐蚀性能良好的优良性能。

1 性能分析

（1）性能指标。中心锚结装置是接触网系统中防止锚段向一侧窜动或接触悬挂断线时缩小事故范围的装置，其线夹本体表面硬度与接触线沟槽处硬度匹配要求达到1.2～1.2:1；应力腐蚀指标要求中心锚结线夹在规定的紧固力矩状态下，使用断裂力学、恒载荷等试验符合技术要求。

（2）材料分析。铝青铜具有比合金钢更高的强度。图1为Cu-Al二元相图，横轴表示合金中Al含量所占百分比的多少，纵轴表示温度的高低。铝青铜实际冷却过程极不平衡，当合金表面冷却到低温状态时，内部存在高温β相组织，并以不同的方式发生相变。表1为Al含量为9.4%～15.6%时Cu-Al合金在不同固溶温度冷却后的组织。

图1 Cu-Al二元相图

表1 Cu-Al合金在固溶温度后组织

牌号为QAl10-5-5的铝青铜中心锚结线夹本体薄厚不均，产品三维造型如图2所示。

图2 中心锚结线夹本体三维图

锻造成型前棒材铝青铜的主要化学成分如表2所示，主要机械性能如表3所示。

表2 QAl10-5-5的铝青铜棒的化学成分

表3 QAl10-5-5的铝青铜棒材机械性能（25℃）

2 试验方法

采用控制变量法，将室温状态的中心锚结线夹本体使用GGF系列1300℃高温炉进行热处理，并通过相关设备进行硬度、强度、滑动荷重、微观组织、应力腐蚀等机械性能进行测试。

（1）保持时间不变，温度变化。热处理时间控制在120min不变，温度从500℃开始每次增加50℃进行测试。每次所测试样个数为10个，所得数据取平均值，所得结果如表4所示。

表4 热处理温度对试样组织和性能的影响

（2）温度不变，时间变化。热处理温度控制在650℃不变，时间从30min开始每次增加一小时进行测试，每次所测试样个数为10个，所得数据取平均值，结果如表5所示。

表5 热处理时间对试样组织和性能的影响

3 试验结果及分析

3.1 温度对中心锚结线夹的性能的影响

（1）对力学性能的影响。分析以上试验结果，试样硬度随着热处理温度的升高先升后降，在650℃附近最大；试样的强度在整个温度范围内变化不大，但屈强比在650℃时达到最大，抗变形能力达到最佳状态。如图3所示。

图3 热处理温度对试样机械性能的影响

（2）对微观组织的影响。热处理温度为600℃～650℃时，Cu-Al合金中析出了大量的K相组织，如图4所示。这种细小均匀的合金相排布比较致密，微观组织中各个方向的位错交叉分布，合金的塑性和延伸率得以提高。另一方面，经该温度范围的热处理之后，基体组织ɑ相中渗入了硬而脆的共析体组织（ɑ+γ2）相，这种分布均匀、硬度较高的组织使得合金强度和硬度有所提高。

图4 500℃/550℃/600℃/650℃试样微观组织

（3）对滑动荷重与应力腐蚀的影响。使用拉力试验机对式样进行滑动荷重试验，所得数据如图5所示。可见试样在热处理温度为650℃以上时，滑动荷重达到72kN线断未滑，符合技术要求。

图5 热处理温度对滑动荷重的影响

3.2 时间对中心锚结线夹性能的影响

（1）对力学性能的影响。当温度不变时，试样硬度随热处理时间先升高后降低，在120min左右时硬度最高，而试样的强度也在这时处于较理想状态，如图6所示。

图6 热处理时间对试样机械性能的影响

（2）对微观组织的影响。当热处理时间小于60min时，共析体组织（ɑ+γ2）相来不及完全渗入基体组织ɑ相中，质软非平衡分布的ɑ相占据了较高比例，这时试样硬度、强度和延伸率处于较低水平。当延长热处理时间后，ɑ+γ2→β反应能够充分进行，由于β相固溶体塑性较好，硬度比ɑ相固溶组织高，所以这时试样的强度和硬度都有所提高。当继续延长热处理时间后，微观组织中K相增多并迅速长大变粗，块状K相不具有颗粒状K相的特点，大量的块状K相反而使合金硬度和强度降低。微观组织如图7所示。

图7 60min/120min/120min/240min试样微观组织

（3）对滑动荷重与应力腐蚀的影响。分别对热处理时间为30min、60min、120min、240min的试样进行滑动荷重试验，紧固力矩保持100N·m不变，所得数据如图8所示。由图可知当热处理时间大于60min时，试样滑动荷重均能达到70kN线断未滑。将不同热处理温度后的试样分别进行应力腐蚀试验，所有试样均无明显裂纹，应力腐蚀试验符合技术要求。

图8 热处理时间对滑动荷重的影响

4 结论

经650℃保温120min热处理之后的试样具有很高的强度和硬度。试样的硬度、抗拉强度、屈服强度和延伸率相比锻态分别提高了13.8%、6.5%、14.4%、26.9%，试样具有良好的综合性能。