摘要（yào）: 目前（qián）我國電器（qì）化鐵路（lù）迅猛發展，高速鐵路（lù）用（yòng）的銅合金接（jiē）觸線是一類必不可少（shǎo）的產品。本文針對速鐵路用接觸（chù）導線的需求背景，分析目前接觸導線的材料分類，對於接觸導線的製造工藝進行了總結。高速鐵路用高強度高導電銅合金（jīn）新（xīn）產品的開發需要從合金成分的設計（jì），工藝流（liú）程的設計綜合考慮，以達到接（jiē）觸線強化與具有（yǒu）高的導電性的效果。

關鍵詞: 高速鐵路; 接觸線; 銅合金; 加工工藝

1 高速鐵路對接觸線材料的要求（qiú）

      接（jiē）觸導線是保證電氣化鐵路正常運營的關鍵構件，它通過與電力機車受電弓（gōng）滑板直接接觸滑動摩擦（cā）將電能（néng）從變（biàn）電所傳輸（shū）給（gěi）電力機車。接觸線都被製作成圓柱狀，在圓柱（zhù）的兩（liǎng）側製有兩個溝槽（cáo），溝槽的作（zuò）用是為以後線（xiàn）夾安裝方（fāng）便，要求既不影響受電弓滑板的滑（huá）行取流，還要將接觸線懸吊固定。接觸導線在一定懸掛張力（lì）下工作。

      高速列車用的接觸線和（hé）一般用的高架線不同，接觸線在非常惡略的環境中工作，列車的時速相（xiàng）當快。為了實現電氣化列車的高速化（huà），必須（xū）使受電（diàn）弓沿接觸線高速滑行的過程中達到穩（wěn）定的受流狀態，降低（dī）離線（xiàn）率。這就需要提高接觸導線的波（bō）動傳播速度，增加接觸線的張緊力，因此要求接觸導線具有較高的抗拉強度。

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

      由於接觸線與電力機車受電弓滑（huá）板滑（huá）動摩擦接觸向（xiàng）電力機車輸送電（diàn）流。它除正常的磨耗外，還會受到非（fēi）正常的機械衝擊負（fù）荷，焦耳熱效（xiào）應，摩（mó）擦生（shēng）熱和故障大電流的影響而（ér）發生（shēng）弓網故障，甚至出現（xiàn）拉斷或熔斷事故。引起接觸線溫度升（shēng）高，機械強度下降，電（diàn）燒蝕損耗（hào）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（nài）高溫性能和耐磨性能。

     綜上所述高速鐵路接觸線材料應滿足以（yǐ）下（xià）要求: 機械強度（dù）高，導（dǎo）電率好，耐磨性好，耐熱性好，耐（nài）腐蝕性（xìng）好。

     我國現（xiàn）在高速鐵路的發展已經（jīng）走在了世界前列，由於我國高鐵運行速度高，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（chù）線對應的（de）高（gāo）速鐵路的運行速度比（bǐ）我國（guó）的低，直接照（zhào）搬國外的合金是不能滿足現實要求的。開發具有自主知識產（chǎn）權、性能達到國際先進水平的接（jiē）觸網導線是鐵（tiě）路高速發展提出的迫（pò）切需求。

2 高（gāo）速鐵路用接觸線用材料的現（xiàn）狀（zhuàng）

     目前高（gāo）速鐵路（lù）用接觸線材料種（zhǒng）類繁多，有純銅，純鋁（lǚ），銅合金，( 包括銅錫，銅銀，銅（tóng）鎂，銅隔，等) ，複合接（jiē）觸線，包括( 鋁包鋼型（xíng）接觸線，銅包鋼（gāng）型接觸線（xiàn）) 等（děng），大多都處於試驗及試用階段。我國鐵道部根據我國具體情況，製訂了“電（diàn）氣化（huà）鐵道用銅及銅合金接觸線”標準，其中包含（hán）了銅，銅銀合（hé）金，銅鎂合金( Mg0． 2%) ，銅鎂（měi）合金( Mg0． 5%) 銅錫（xī）合金。

      ( 1) 純銅接觸線，這類接觸線加工時的強化方式（shì）隻（zhī）有冷作（zuò）硬化，雖然（rán）具有較高的導電性，但是接觸線強度很低，抗軟化溫度低（dī），耐熱性能差。隻適合時（shí）速低於200 km 的鐵（tiě）路上應用。

      ( 2) 銅合金型接觸線: 銅銀合金，銅錫合金、銅（tóng）鎂合金接觸線（xiàn）等，這類接觸線由於合金元素的加入使得合金的導電性略有（yǒu）下降（jiàng），但（dàn）其機械性能（néng），抗軟化性能，耐磨性（xìng）較純（chún）銅有很大提高。世（shì）界各國由於各（gè）自的不同情況在高速（sù）鐵路上所用的接觸線材料也各不相同，法國在（zài）時速350 km 的高速列車上（shàng）使用銅錫接觸線，德國在時速250 km 列車上使用銀（yín）銅合金線，在時速（sù）300 km 以（yǐ）上使用銅鎂合金（jīn）線，我國在時速350 km 的京津城際（jì），武廣高鐵，鄭西（xī）高鐵使用銅（tóng）鎂合金線。

      我國對（duì）120 mm2 接觸線（xiàn）機械性能及電阻率的要求如表1。

3 高速鐵路（lù）用（yòng）高（gāo）強高導銅合金材料的製備及接觸線加工工藝（yì）

     3． 1 高強度高（gāo）導電率銅合金材料的（de）製備

      高速鐵路接觸線要求材料具有高強度和高導電性。一般（bān）來說，如果要提高銅材的強度，就需要加入合金成分，對材料進行強（qiáng）化，但這樣就會使得銅材的導電率（lǜ）下降; 而要追求材料高（gāo）的導（dǎo）電率，接觸線的強度又會降低（dī）。人們在（zài）解決接觸線銅材高導電率和（hé）高強度之間矛（máo）盾的時候，以盡可能保持導電（diàn）率不變為前提，采取各種強化措施來提高（gāo）銅材的強度。

      雖然第二項強化方法已有很多（duō）的研究報道，但是此方法目（mù）前要生產大長度的銅合金接觸線在設備方麵（miàn）還存在一定的（de）困難，從生產成本考慮也不（bú）太經濟。所以目前銅合金接觸（chù）線主要以固溶強化、細晶強化（huà）、冷加（jiā）工強（qiáng）化等手段來（lái）強化銅基（jī）體，達到使材料具有高強度高導電率的目（mù）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，適合作為銅接觸線材料的強化元素。

      3． 2 接觸線的加工工藝

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

      ( 1) 上引連鑄－ 冷（lěng）軋（zhá）法是較早使用的接觸線（xiàn）生產（chǎn）方法。由於連續鑄（zhù）造和熔煉（liàn）的過程都（dōu）是在無（wú）氧條件下進行的，所以生產出的產品（pǐn）含氧量（liàng）很（hěn）低，夾雜物少（shǎo），產品具有較好的韌性。由於上（shàng）引（yǐn）爐體積相對較小，可以達到小批（pī）量多品種的生產要求。

      ( 2) 連鑄連軋法。適用於單一產品大批量生產（chǎn），生（shēng）產效率較高，生產成本低。但由於其生產過程工（gōng）藝控（kòng）製不穩定，產品氧含量（liàng）較高（gāo）通常在0． 02% ～0． 04%產品夾雜物相對無氧杆而言較高，韌性降低。所以此方法適合生產（chǎn）銅及不易氧化的銅合金產品 ( 如銅（tóng）銀合（hé）金，銅錫合（hé）金) 而不適合生產銅（tóng）鎂合（hé）金產品。

      ( 3) 上（shàng）引連鑄－ 連續擠壓工（gōng）藝一般用來製造超細晶強（qiáng）化型銅合金接觸（chù）線。連鑄（zhù）杆件在連續擠壓的過程中受到劇（jù）烈的變形（xíng），舊的鑄態（tài）組織遭到破壞，新的（de）金相組織晶粒細小（xiǎo），組（zǔ）織（zhī）致密。坯料的再結晶過程能（néng）夠將材料的鑄造缺陷消除。該工藝能使（shǐ）得（dé）產品性（xìng）能（néng）優異，質量穩定，大大提高了接觸線（xiàn）的機械性能。

4 銅鎂合金接觸線生產介紹

      銅鎂合金接觸線具有機械強度高，耐磨性、耐熱性、及抗高溫氧化性（xìng）好，導電率適中的特點，抗（kàng）拉強度為490 MPa 左右，電導率（lǜ）可達63%，所以時速300km 及以上的高速列車通常都使用這類接（jiē）觸線。目前銅鎂合金杆均由上引（yǐn）連鑄法生產（chǎn），上引杆（gǎn）再經冷軋法或（huò）連續擠壓法加工成銅鎂合金接觸線。

     ( 1) 銅鎂合金的熔煉和（hé）鑄造: 銅鎂合金（jīn）熔體中的鎂易氧化燒損，使得熔煉和鑄造過程（chéng）難度較大。一般（bān）采用真空熔煉。近些年我國在銅鎂合金接觸線方麵研究取得成功，上引連（lián）鑄爐連（lián）鑄（zhù）銅鎂合金杆坯（pī）已經規模化生產。連鑄（zhù）過程中，銅鎂（měi）合金熔體（tǐ）采用木炭等覆蓋（gài）劑覆蓋保護，為了減少金屬鎂的燒損，鎂以銅鎂中間合金（jīn）的（de）形式加入。操作過程中應嚴格控製（zhì）工藝參數，避免出現鎂含量不穩（wěn）定，合金杆化學成分不（bú）均的問（wèn）題。

      ( 2) 合金杆冷軋（zhá）－ 拉拔（bá）法加工接觸線: 此方式最早用於紫銅材料加工接觸線，現國內一些廠家仍采用此工藝（yì）。但由於此過程接觸線由鑄態杆直接冷加工而成，材料本身沒有經（jīng）過再（zài）結（jié）晶退火過程，材料內部還存在部分的鑄造組織，所以其強度沒有連續（xù）擠壓法（fǎ）製作的接觸線強（qiáng）度高。

      ( 3) 合金杆連續擠壓（yā）法加工接觸線: 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細小、組織均勻，機械性能有很大提高。如表五所示抗拉強度約提高30%左右。

      雖然連續擠壓技術應用在純（chún）銅方麵已經成熟，但是加入其它（tā）元素的銅合金其強度硬度和抗高溫變形能力較純銅有很大的提高，使得銅合金的擠壓溫（wēn）度較純銅提高很多，銅鎂合金則提高（gāo）更多( 如表（biǎo）四所示) ，所以對擠壓模具，擠壓送料輪，擠（jǐ）壓腔體的材質提出更高的要求，必須選擇適宜的材料，來適應擠壓過程。某單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（yā）過程均存在工裝模具使用時間（jiān）短，生產成（chéng）本較（jiào）高的問題。目前已有（yǒu）多家生產單位在研究解決問題的方法，並（bìng）已取（qǔ）得一定的進展。如果解決了這一問題，在工（gōng）裝模（mó）具材料的選擇上有一較大的突破，將（jiāng）會使其它銅合金產品的（de）加工工藝發生重（chóng）大的變革。

5 結語

      高速鐵路用（yòng）高（gāo）強度高（gāo）導電銅合金新產品的開發對（duì）於促進高鐵配套材料的國產化具有重要的意義，有顯著的社會效（xiào）益和經（jīng）濟效（xiào）益。

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