Пуре Цоппер
Контактне жице од чистог бакра обично имају затезну чврстоћу од 350 МПа и електричну проводљивост од 97,5% ИАЦС. Након што прођу процес омекшавања, њихова затезна чврстоћа пада на само 60% првобитне вредности. Ове жице се производе извлачењем бакарних шипки без кисеоника, а њихова механичка чврстоћа произилази искључиво из радног каљења.
Иако нуде одличну електричну проводљивост и добру отпорност на корозију, имају неколико недостатака: 1. Недоследно очвршћавање између површине и унутрашњости; иако се чврстоћа повећава са степеном хладне обраде, материјал постаје склонији омекшавању, што доводи до значајног губитка чврстоће. 2. Ниска укупна чврстоћа, што повећава ризик од лома жице и кварова у систему пантограф-катенера. 3. Ниска температура омекшавања и слаба отпорност на топлоту. 4. Слаба отпорност на хабање; како се повећава снага локомотива електричне вуче, електрично хабање се убрзава, значајно скраћујући век трајања жице. Сходно томе, контактне жице од чистог бакра нису погодне за велике брзине, велике саобраћајне или тешке линије и генерално су ограничене на апликације у железници мале брзине.
легуре бакра
Легирање може значајно побољшати отпорност на топлоту, температуру омекшавања и механичку чврстоћу контактних жица од чистог бакра. Уграђивањем малих, прецизних количина различитих легирајућих елемената - стратегије познате као "микролегирање са више елемената" - утицај на електричну проводљивост је минимизиран, омогућавајући жицама да задовоље строге захтеве брзих електрификованих железница. Уобичајени легирајући елементи који се користе у развоју ових жица укључују Аг, Цд, Цр, Зр, Сн, Мг и Ре. Контактне жице од легуре бакра нуде високу чврстоћу на повишеним температурама и супериорну отпорност на хабање, уз само незнатно смањење електричне проводљивости. Због овог одличног баланса својстава, они су постали доминантан избор за системе контактних мрежа на електрифицираним пругама. Да би се обезбедио безбедан и поуздан транспорт и снабдевање електричном енергијом, смањиле потребе за одржавањем и оптимизовали технички и економски резултати, Министарство железница се заложило за широку примену контактних жица од легуре бакра на далеководима, прометним магистралним пругама, брзим рутама и током великих пројеката обнове пруга. На глобалном нивоу, брзе електрифициране железнице скоро искључиво користе контактне жице од легуре бакра.
1. Контактне жице од легуре сребра и бакра
Ова категорија укључује легуре сребро-бакар и легуре бакра-калај-сребра. Перформансе контактних жица сребро-бакар и бакар-калај-сребро произведених у мојој земљи су упоредиве са онима њихових међународних колега. Међутим, потребна су даља побољшања у равности ових жица како би се смањила стопа губитка контакта (лучница) између пантографа и контактне жице. Истраживање контактних жица од легуре сребра и бакра првенствено се фокусирало на ефекте додавања другог или чак трећег легираног елемента на перформансе жице. Додавање у траговима реткоземних елемената може побољшати снагу, тврдоћу и отпорност на топлоту контактних жица сребро-бакар; затезна чврстоћа може да достигне 470 МПа – повећање од 73 МПа у односу на стандардне сребрно-бакарне жице – уз минималан утицај на електричну проводљивост.
2. Контактне жице од легуре бакра и калаја
Већина брзих железничких система широм света користи контактне жице првенствено направљене од легура бакра-калаја или бакра-магнезијума. У поређењу са другим типовима, контактне жице од легуре бакра и калаја нуде једноставнији производни процес, већи производни принос и релативно нижу цену.
3. Контактне жице од легуре бакар-хром-цирконијум (Цу-Цр-Зр)
Цу-Цр-Зр контактне жице показују супериорна механичка својства. Најважније је да је њихова температура рекристализације знатно виша од оне код чистог бакра и одржавају високу чврстоћу на повишеним температурама. Хром (Цр) има веома ограничену чврсту растворљивост у матрици бакра, што минимизира штетне ефекте атома растворених материја на електричну проводљивост. Цирконијум (Зр) има високу тачку топљења и одличну отпорност на корозију. Штавише, и хром и цирконијум могу да формирају оксиде који олакшавају рафинацију зрна унутар бакарне матрице, чиме се повећава затезна чврстоћа контактне жице. Додавање у траговима магнезијума (Мг) и силицијума (Си) легури Цу-Цр-Зр ствара вишекомпонентне фазе ојачања, које значајно побољшавају отпорност на високе температуре. Поред тога, чврсте честице на бази хрома у великој мери повећавају отпорност на хабање контактне жице, са затезном чврстоћом која достиже 555,5 МПа и електричном проводљивошћу која достиже 78,8% ИАЦС.
4. Контактне жице од легуре бакра и магнезијума
Контактне жице од легуре бакра и магнезијума се широко користе у Немачкој и Шпанији. Ове легуре могу постићи затезну чврстоћу од 500 МПа. За дати садржај легуре, бакар-магнезијумске контактне жице показују супериорну отпорност на хабање и боље перформансе при високим температурама у поређењу са контактним жицама бакра-калаја. Међутим, процес производње бакар-магнезијумских контактних жица је сложенији и укључује већи број производних корака од бакарно-калајних жица. Већи садржај магнезијума повећава потешкоће у процесу обраде; конкретно, када садржај магнезијума прелази 0,7%, контактна жица је склона ломљењу током процеса производње. Због сложених производних техника које су укључене, излаз бакар-магнезијумских контактних жица је релативно низак. Контактне жице од легуре бакра и магнезијума високе чврстоће могу издржати значајну напетост суспензије. Њихова мала површина попречног пресека помаже да се повећа брзина простирања механичких таласа дуж жице, чиме се олакшавају веће радне брзине воза. Жице од легуре бакра и магнезијума такође показују одличну отпорност на топлоту и отпорност на хабање. Иако је њихова електрична проводљивост релативно ниска, могу се упарити са жицама од легуре бакра, што резултира једноставнијим производним процесом и нижим трошковима. Кроз континуирано ливење и континуирано екструзију, као ливена зрна шипке од легуре бакра и магнезијума без кисеоника се разбијају; накнадна рекристализација изазвана топлотом деформације производи бланко шипке са фино зрнатом микроструктуром. Овај бланк се затим подвргава хладној обради да би се створила контактна жица од легуре бакра и магнезијума високе чврстоће коју карактерише ултра-фино ојачање зрна. Овај производни процес је једноставан и поуздан, са учинком и квалитетом који у потпуности испуњавају захтеве постојећих брзих електрификованих железница.
Типови челик-алуминијум
Челик-алуминијум контактне жице се производе спајањем челика и алуминијума механичком обрадом под притиском. Проблеми повезани са овим жицама укључују: 1) ниску чврстоћу везе, што може довести до раздвајања; 2) електрохемијска корозија која настаје због разлике у електрохемијском потенцијалу између челичне и алуминијумске фазе; 3) слаба отпорност на слани спреј и атмосферску корозију; и 4) велики број спојева, што повећава ризик од лома и смањује поузданост контактног система изнад главе. Пошто алуминијум има нижу електричну проводљивост, потребна је већа површина попречног пресека да би се обезбедио довољан капацитет ношења струје; међутим, ово повећава оптерећење жице од ветра, леда и снега. CGLN-250 челична контактна жица обложена алуминијумом (произведена у мојој земљи) и TA-196 челична контактна жица обложена алуминијумом (развијена у Јапану) обе имају релативно ниску затезну чврстоћу и електричну проводљивост. Ипак, због својих великих површина попречног пресека, они су у стању да испуне захтеве силе лома и за квази-велике и за брзе контактне системе изнад главе.
Типови челика обложених бакром
Однос бакра и челика у челичним контактним жицама обложеним бакром може да варира између 20% и 85%, што омогућава производњу жица са различитим комбинацијама електричне проводљивости и механичке чврстоће. Истраживање и развој висококвалитетних, домаће произведених челичних контактних жица обложених бакром је од великог значаја. Уобичајене методе производње челичне жице обложене бакром укључују процес ливења-врелог пресовања, галванизацију, процес потапања према горе и процес континуалне екструзије. Међу њима, континуална екструзиона облога се истиче као идеалан производни процес: захтева мање улагања у опрему, нуди високу продуктивност, обезбеђује уједначену дебљину бакарне облоге без видљивих челичних или заварених шавова – и пружа врхунски унутрашњи квалитет, високу електричну проводљивост и ниске трошкове производње.