摘要: 目前我國電器化鐵路迅（xùn）猛發展，高速鐵路用（yòng）的銅合金接觸線是一類必不可少的產品。本文針對速鐵路用接（jiē）觸導線的需求背景（jǐng），分析（xī）目前接觸導線的材料分類，對於接觸導線的製造工藝（yì）進行了總結。高速鐵路用高強（qiáng）度高導電銅合金新產品的開發（fā）需要從（cóng）合金成分的設（shè）計，工藝流程的（de）設計綜合（hé）考慮，以（yǐ）達（dá）到接觸線強化與具有高的導電性的效果（guǒ）。

關鍵詞: 高（gāo）速鐵路; 接觸線; 銅合金; 加工（gōng）工藝

1 高速鐵路對接觸線材料的要求

      接觸導線是保證（zhèng）電氣化（huà）鐵路正常運營（yíng）的關鍵構件，它通過與電力機車（chē）受電（diàn）弓滑板直接接觸滑動摩擦將電能從變電所傳輸給電力機（jī）車。接觸線（xiàn）都被製作成圓柱狀，在圓柱的兩側製有兩個溝槽，溝槽的作用（yòng）是為以後線（xiàn）夾安裝方便（biàn），要求既不影響受（shòu）電弓滑板的滑行取流，還（hái）要將接觸線懸吊固定。接觸（chù）導線在一定懸掛張力下（xià）工作。

      高速列車用的接觸線（xiàn）和一般用的高架（jià）線不同，接觸線在非常惡略的環境中（zhōng）工作，列車的時速相當快。為了實現電氣化列車的高速化，必須使受電（diàn）弓（gōng）沿（yán）接觸線高速滑行的過程中達到（dào）穩（wěn）定的受流狀態，降低離線率。這就需要（yào）提高接觸導線的波動傳播速度，增加接觸線的張緊力，因此要求接觸導線具（jù）有較高的抗拉強度。

      接觸導線的主要作用是傳輸（shū）電流，所以要求導線的線損要小，接觸線材料的導（dǎo）電率要高。

      由於接觸（chù）線與電力機車受電弓滑板滑動（dòng）摩擦接觸向電力（lì）機車輸送（sòng）電流。它除正常的（de）磨耗外，還會受到非正常的機械（xiè）衝（chōng）擊負荷，焦耳熱效應，摩擦生熱和故障大電流的影響而發生弓網故障，甚至出現拉（lā）斷或熔斷事故。引起接（jiē）觸線溫度（dù）升（shēng）高，機械強度下降，電（diàn）燒（shāo）蝕（shí）損耗和機械磨損增加。所以要求接觸線還要具有較高的抗軟化溫度，以提高接觸線的耐高溫性能和耐磨性（xìng）能。

     綜上所述（shù）高速鐵路接觸線材料應滿足以下要求: 機械強度高（gāo），導電率好，耐磨性好，耐熱性好，耐腐蝕性好。

     我國現在（zài）高速鐵路的（de）發展已經走在了世界前列，由於我國高鐵運（yùn）行速度高，對於接觸網導線提出了更高的性能要求。由於國外目前的接觸線對應的高速鐵路的運行速度比我國的低（dī），直接照搬國外的合（hé）金是不能滿足現實要求的。開發具有自主知（zhī）識產權、性能達到國際（jì）先（xiān）進水平的接觸網導線是鐵路高速（sù）發展（zhǎn）提出的迫切需求。

2 高速鐵路用接觸線用材（cái）料的現狀

     目前高速鐵路用接觸線材料（liào）種類繁多（duō），有純銅，純鋁，銅（tóng）合金，( 包括銅錫，銅銀，銅鎂（měi），銅隔，等) ，複合接觸線，包括( 鋁（lǚ）包鋼型接觸線，銅包鋼型接觸線) 等（děng），大多都處（chù）於試驗及試用階段。我國鐵道部根據（jù）我國具體（tǐ）情況（kuàng），製訂了（le）“電氣化鐵道用銅及銅合金（jīn）接觸線”標（biāo）準（zhǔn），其中包（bāo）含了銅，銅銀合金，銅鎂合金( Mg0． 2%) ，銅鎂合金( Mg0． 5%) 銅錫合金（jīn）。

      ( 1) 純銅接觸線，這類（lèi）接（jiē）觸線加工時的強化方式隻有冷作硬化，雖然（rán）具有較高的導電性，但是接觸線強度很低，抗軟（ruǎn）化溫度低，耐熱性能差。隻（zhī）適合時速低於200 km 的鐵路上（shàng）應用。

      ( 2) 銅合金（jīn）型接觸線: 銅銀合金，銅錫合金（jīn）、銅鎂合金接觸線等，這類接觸線由於合金元素的加入使得合金的導（dǎo）電（diàn）性略有下降（jiàng），但其機械性能，抗（kàng）軟化性能，耐磨性較純銅有很大提高。世界各國由（yóu）於各（gè）自的不同情況在高（gāo）速鐵路上所用的接觸（chù）線（xiàn）材料也各不相同，法國在時速350 km 的（de）高速（sù）列車（chē）上使用銅錫接觸線，德（dé）國（guó）在時速250 km 列車上使用（yòng）銀銅合金線，在時速300 km 以上使用銅鎂合金線，我國在時速350 km 的京津城際，武廣高（gāo）鐵，鄭西（xī）高鐵使用銅鎂（měi）合金線。

      我國對120 mm2 接觸線機械性能及（jí）電阻率的要求（qiú）如表1。

3 高速鐵路用高強高導銅合金材料的製備及接觸線加（jiā）工工藝

     3． 1 高強度高導（dǎo）電率銅合金材料的製備

      高速鐵路接觸線要求材料具有高強度和高導電（diàn）性。一般（bān）來說，如（rú）果要提高（gāo）銅材的強度，就需要加入合金（jīn）成分，對（duì）材料進行（háng）強（qiáng）化，但這樣就會使得銅（tóng）材的（de）導電率下降; 而（ér）要追求材料高的（de）導電率，接觸線的強度又會降低。人們在解決接觸線銅材高導電率和高強（qiáng）度之間矛盾的（de）時候（hòu），以盡可能保持導電率不變（biàn）為（wéi）前提，采取各種強化（huà）措施來（lái）提高銅材的強度（dù）。

      雖然第二項（xiàng）強化方法已有很多的研究報道，但是此方法目（mù）前要生產大長度的銅合金接（jiē）觸線在設備方麵還存在一定的困（kùn）難，從生產成本考慮也不太經濟。所以目前銅合金接觸線主要以固溶強化、細晶強化、冷加工強化等手段來強化銅（tóng）基體，達（dá）到使材料具有高強度高導電率的目的。從表二可以看到， Ag、Cd、Mg、Sn 等（děng）元素對銅導電率降低較小，適合作為銅（tóng）接（jiē）觸線材料的強化元素。

      3． 2 接（jiē）觸線的（de）加工工（gōng）藝

      現行接觸線生產方法有上（shàng）引連鑄－ 冷（lěng）軋法、連鑄連軋法和上引連鑄－ 連續擠壓法。

      ( 1) 上引連（lián）鑄－ 冷軋法是較早（zǎo）使用的接觸線生產方法。由於連續鑄造和熔（róng）煉的過程都是在無氧條件下進行的，所以生產出的產（chǎn）品含氧量很低，夾雜（zá）物少，產（chǎn）品具有較好的韌性。由於上引爐（lú）體積相對較小，可以達到小批量多品種的（de）生產要求。

      ( 2) 連鑄連（lián）軋法。適用於單一產（chǎn）品（pǐn）大批（pī）量生產，生產效率較高，生產成本低。但由（yóu）於其生產過程（chéng）工藝控製不穩定，產品氧含量較高（gāo）通（tōng）常在0． 02% ～0． 04%產品夾雜物相對無氧杆而言較高，韌性降低。所（suǒ）以此方法適合（hé）生產銅及不易氧（yǎng）化的銅合金產品（pǐn） ( 如銅銀合金，銅錫（xī）合金) 而不適合生產銅鎂合金產品。

      ( 3) 上引連鑄－ 連續擠壓工藝一般用來（lái）製造超細晶強（qiáng）化型銅合金接觸線（xiàn）。連鑄杆件在連續擠壓的過程中受到劇（jù）烈的變形，舊（jiù）的（de）鑄態組織遭到（dào）破壞，新的金相（xiàng）組織晶（jīng）粒細（xì）小（xiǎo），組織致密。坯料的再結晶過程能夠將材（cái）料的鑄造缺陷消除。該工藝能使得產品性能（néng）優異，質量穩定，大大提高（gāo）了接觸線的機械性能。

4 銅鎂合金接觸（chù）線生產介紹

      銅鎂合金接觸線具有機械強度高，耐磨性、耐熱性、及抗高溫（wēn）氧化性好，導電率適中的特點，抗拉強度為490 MPa 左（zuǒ）右，電導率可達63%，所以（yǐ）時（shí）速（sù）300km 及以上的（de）高速列車通（tōng）常都使用（yòng）這（zhè）類接觸線。目前銅鎂合金杆均由上引連鑄法生產（chǎn），上引杆再經（jīng）冷軋法或連續（xù）擠壓法加工成銅鎂合金接觸線。

     ( 1) 銅鎂合金的熔煉和鑄造: 銅鎂合金熔體中的鎂易氧化燒損，使得熔煉和鑄造過程難度較大。一般采用真空熔煉。近（jìn）些年我國在銅鎂合金接觸線方麵研究取得成功，上引連鑄爐連鑄銅（tóng）鎂（měi）合金（jīn）杆（gǎn）坯（pī）已經規模化生產。連鑄過程中，銅鎂合金熔體采用（yòng）木（mù）炭等覆蓋劑覆（fù）蓋保護，為了減少金屬鎂（měi）的燒損，鎂以銅鎂中間（jiān）合金的形式加入。操（cāo）作過程（chéng）中應嚴格控製工藝參數，避免出現鎂含量不穩定，合金杆化學成分不均的問題。

      ( 2) 合金杆冷軋－ 拉拔法加工接觸線: 此方式最早用於紫銅材料加工接（jiē）觸線，現國（guó）內一些廠家仍（réng）采用此工藝。但由於此過程接觸線由鑄態杆（gǎn）直接冷加工而成，材料本身沒有經過再結晶退火過程，材料內部還存在部分（fèn）的鑄造組織，所以其強度沒有連續擠壓（yā）法製作的接觸線強度（dù）高。

      ( 3) 合金杆連（lián）續擠壓法（fǎ）加（jiā）工接觸線: 鑄造態銅鎂合金杆在連續擠壓機內經連續擠壓後成為加工態合金杆。連續擠壓過程使產品晶粒（lì）細小（xiǎo）、組織均勻，機（jī）械性能有很大（dà）提高。如表五（wǔ）所示抗拉強度約提高30%左右。

      雖然連續擠壓技術應用在純銅方（fāng）麵已經成熟，但是加入其它元素的銅合金其強度硬度和抗高溫變形能力較（jiào）純銅有很大的提高，使（shǐ）得銅合金的擠壓溫度較純銅（tóng）提高很多，銅鎂（měi）合金則（zé）提高更多（duō）( 如表四所示) ，所以對擠壓模具，擠壓送料輪，擠壓腔體（tǐ）的材質提出更高的要求，必須選擇適宜（yí）的材料，來適應擠壓過（guò）程。某單（dān）位在銅鎂合金擠壓過程數據如下。

      據了解鎂銅合金連續擠壓過程均存在工裝模具使用時（shí）間短，生產成本較高的問（wèn）題。目前已有（yǒu）多家生產單位在研究解決問（wèn）題的方法，並已取得一定的進展。如果解決了這一問題（tí），在工（gōng）裝模具材料的選擇上有一較（jiào）大的突破（pò），將會使其它銅（tóng）合（hé）金產品的加工工藝發生重大的（de）變革。

5 結語

      高速鐵路用高強度高導電銅合金（jīn）新產品的開發對（duì）於促進高鐵配套材料（liào）的國產化具有重要的意義，有（yǒu）顯著的社會效益和經濟效益。

      隨著生產技術的不斷完善，生產工藝的日（rì）趨成熟，接觸線產品的開發（fā）將向材料成本（běn）相對較低，而各項性能指標相對較好的銅鎂合金類型進行開發（fā）。上引連鑄－ 連續擠壓－ 拉拔成型生產工藝是未來生產高質量銅合金接觸線的有效途徑。