铍青铜热处理工艺研究_孙瑜

2 铍青铜固溶处理机理及工艺
2.1 铍青铜的化学成分 常用铍青铜牌号的化学成分见表 1 。
表 1 常用铍青铜牌号的化 学成分
牌 号
主要成分/ 10 -2
杂质/ 10 -2
Be
Ni
Cu M g、A l 、Fe 、S i 、Pb 、P
Q Be1 .9 1 .9 ～ 2 .2 0 .2 ～ 0 .5 余量
⑤对尺寸要求较严格的零件 , 固溶处 理后 、时效处理前的校正十分重要 。
⑥ 可通过过时效处理方法挽救时效处 理后硬度高于技术要求的零件 , 在气氛保护 条件下处理可得到光亮表面 。
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图 6 固定端电连接器导线密封
4 .4 灌 封 根据工程技术手册及在试验中得出的
结论 , 空气在 7 000V 左右即电离 , 因此连接 器在使用时需要密封 。 高压连接器的灌封 工艺很考究 , 接触件与电缆处的接点必须与 绝缘安装板粘结 , 而绝缘体又必须与连接器 的外壳粘结 。接触件插入绝缘安装板前必 须使用粘结剂 , 然后采用环氧树脂或硅密封 化合物在固定连接器和自由端连接器的尾 部灌封 , 放置在有加热装置的真空容器中排 气 , 直到气体除去 , 并在一个合适的温度下
广泛用来衡量铍青铜热处理质量的指标 是硬度 , 厚度在0.5mm 以上 , 且平整度很好的 零件硬度 , 可在维氏硬度计上测量 ;厚度在0.5 mm 以下或形状不规则的零件硬度 , 可在显微 硬度计上测量 。硬度试样应镶于低熔点材料 中, 并经磨光及抛光后测量硬度, 否则会因试 样表面不平而引起较大的测量误差 。
图 2 Q Be2 硬度随时效温度变化曲线 (时效时 间 90min)
图 3 Q Be2 硬度随时效时间变化曲线 (时效温度 300℃)
4 .2 .3 铍青铜零件的表面质量 铍青铜零件热处理后的表面质量不但
取决于淬火及时效的加热气氛 , 还取决于淬 火前的表面状态 。
在一定温度下 , 铍青铜表面可形成具有 保护性的氧化铍薄膜 , 随着温度升高 , 薄膜 厚度也增加 。如果材料表面光滑 , 可获得牢 固的 、致密的 、连续的氧化铍薄膜 , 能防止进 一步氧化 。 如果表面粗糙 , 有疏松的较厚的
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快 , 如淬火 , 此时扩散来不及进行 , 上述转变 不能发生 , 合金冷到室温后 , 保留了高温时 的组织 , 获得了过饱和的 α固溶体或 α+β 。 但这时合金是不稳定的 , 如果提高温度(时 效处理), 过饱和的 α固溶体便开始脱溶 , 引 起合金的显著强化 。 2 .3 铍青铜零件固溶处理工艺
5 结 论
①铍青铜是适合于热处理的合金 , 固 溶处理及随后的时效处理可以显著提高合 金的机械性能 。
② 铍青铜固溶处 理是一个应力 松弛 、 软化的过程 , 经固溶处理后塑性很好 。
③ 铍青铜时效处 理是一个应力 增加 、 强化的过程 , 经时效处理后有很好的弹性 。
④ 在保护气氛下进行固溶处理 、时效处 理 , 可以得到光亮表面 , 当材料表面质量不好 时 , 可先酸洗后再固溶处理或时效处理 。
经对时效处理机理进行分析可知 , 时效 处理效果取决于时效 温度(见图 2)和时效 时间(见图 3)。 铍青铜时效后硬 度主要取 决于时效温度 , 虽然随着时效时间的加长硬 度也在不断上升 , 但上升比较缓慢 。 而随着 时效温度的升高 , 硬度升高很快 。 因此说铍 青铜对时效温度很敏感 , 时效过程中应严格 控制温度 , 此观点已被实际生产所证实 。 实 际生产中 , 若铍青铜零件时效处理后硬度偏 低 , 可适当提高温度重新处理 。
4 铍青铜零件热处理应注意的 几个问题
4 .1 铍青铜零件固溶处理应注意的问题 铍青铜零件固溶处理时 , 必须注意以下
几方面的问题 :一方面必须严格控制加热温 度 、保温时间 , 因为加热温度过低 , 富铍相不 能充分 固溶 , 这 样不仅会 降低 沉淀硬 化效 果 ,而且还容易发生不连续脱溶和晶界反 应 , 从而恶化了材料弹性稳定性 , 并增大弹 性滞后 。加热温度过高 , 会引起 晶粒粗大 , 甚至过热或过烧 , 使材料的成型性及力学性 能变坏 。另一方面必须严格控制冷却过程 , 尽量缩短淬冷转移时间 , 应快速淬入冷却液 中 , 以免时效后性能达不到技术要求 。其次 是铍青铜固溶处理保护气氛 , 铍青铜在空气
关键词 :铍青铜 ;固溶处理 ;时效处 理 ;继电器 中图分类号 :TG 166.2 文献标识码 :A 文章编号 :1000-6133(2002)03 -0033 -04
1 前 言
铍青铜具有优异的机械性能 、物理性能 及化学稳定性 , 是一种重要的弹性材料 , 广 泛用来制造继电器中的弹性零件及其它重 要零件 。铍 青铜 是适 用于 热处理 的合 金 。 在固溶状态下 , 它具有良好的塑性 , 再经时 效后可获得高的强度 、硬度 、弹性模数 、弹性 极限 、疲劳极限及蠕变抗力 , 同时还具有满 意的导电性 、导热性及抗蚀性 。铍青铜性能 的优劣 , 在很 大程度上 取决于 热处理 的好 坏 , 且直接影响继电器的性能 , 因此 , 研究铍 青铜热处理工艺 , 提高铍青铜零件质量是达 到这一目标的首选研究课题 。
时效温度及时间的确定取决于零件的 技术要求 , 针对 QBe2 材料 , 在最大 强化的 情况下 , 时效温度 310 ～ 330 ℃, 保温时间 90 ～ 120min , 显微硬度可达到(320 ～ 380)HV 0 .1 。 在较低温度下时效 , 会获得较低的硬 度 , 时效温度 260 ～ 280 ℃, 保 温时间 90 ～ 120min , 显微 硬 度 可 达到 (250 ～ 320)HV 0 .1 。 因材料批次不同 , 铍青铜的化学成分 和组织状态会有区别 , 因此 , 材料批次更换 , 时效规范也将有所变动 。 故在大量零件时 效前 , 应先做时效规范摸底试验 , 然后大批 量时效 , 可确保零件质量 。
Vol .22 No .3 Electromechanical Co mponents
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或氧化性炉气中进行固溶处理时 , 表面会形 成氧化膜 , 这种氧化膜连续而坚韧 , 虽然对 材料时效强化后的力学性能影响不大 , 但具 有研磨 作用 , 在冷成型 时会导 致工模 具磨 损 。为避免氧化 , 应在真空炉中或在氨气 、 惰性气体或还原性气氛中加热 , 以获得光亮 热处理的效果 。
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氧化膜 , 则会引起严重氧化 。因 此 , 当表面 质量不好时 , 可在酸洗后固溶处理 。
当铍青铜零件表面有脏物和印有指纹 时 , 还可能引起电化学腐蚀现象 。 在淬火加 热时 , 电化学腐蚀产物会引起铍青铜更进一 步的氧化 。 另外 , 电化学腐蚀坑对形成连续 氧化膜的不良影响会使氧化加剧 。因此 , 淬 火前良好的去油 、不用汗手触摸零件是十分 重要的 。 4 .2 .4 铍青铜零件的质量检验
所谓固溶处理是将铍青铜加热到单相 组织状态 , 保温一段时间 , 使其组织均匀化 , 然后快速冷却 , 使高温组织来不及转变而保 存于室温状态 。
固溶处理的目的 :一是获得均匀的过饱 和固溶体 , 为时效强化做好组织准备 ;二是 压力加工的中间软化 ;三是消除铸锭或铸件 的枝晶偏析 。
既能获得足够过饱和度的 α固溶体 , 又 能得到细晶粒的组织 , 是确定固溶处理规范 的原 则 。 铍青 铜的 固 溶 处理 温 度 控制 在 780 ～ 800 ℃, 采用在氨气 、惰性气体 、还原性 气氛中加热或在真空炉中加热 , 以获得光亮 表面 , 采用室温状态下的自来水作为淬火介 质较好 。至于淬火加热时间依据材料厚度 决定 , 厚度小于 0 .2mm 的材料 , 其加热时间 为 5min ;厚度为 0 .2 ～ 0 .4mm 的材料 , 其加 热时间为 8 ～ 10min 。
从图 2 硬度随时效温度变化曲线可知 , 当时效温度在 330 ～ 350 ℃范围内时 , 硬度 达到最大值 , 之后随着时效温度的升高 , 硬 度呈下降趋势 , 这种现象为铍青铜的过时效
现象 。 若实际生产中铍青铜时效处理后硬 度偏高 , 不符合技术要求 , 就可以采用过时 效处理方法将硬度降至技术要求的范围内 。 过时效处理也存在一个缺点 :若在无保护气 氛下进行 , 表面氧化较严重 , 会给酸洗增加 难度 。
果的影响很大 。 时效硬化不仅与时效温度及时间有关 ,
而且与合金的含铍量 , 尤其是与 α固溶体的 过饱和度也有密切关系 。 时效时硬度极大 值及其出现的速率均随过饱和度的增加而 增大 。α固溶体的晶粒越大 , 时效硬化的速 率就越小 , 强化效果就越差 , 因此 , 正确选择 固溶温度 、加热时间及冷却介质 , 以便获得 具有足够过饱和度及细晶粒的 α相 , 对铍青 铜的热处理具有重要意义 。 3 .2 铍青铜零件时效处理工艺
总和 <0 .5
Q Be2 2 .0 ～ 2 .3 <0 .4 余量
总和 <0 .5
收稿日期 :2002 -07 --Be 合金状态图(局部)
由 Cu-Be 合金状态图(图 1)可知 :铍在 铜中有着有限溶解度 , 可形成具有面心立方 晶格的 α固溶体 、具有体心立方晶格的 β 固 溶体及具有体心立方晶格的 γ固溶体 , γ固 溶体是具有高硬度的合金化合物 CuBe 。 在 864 ℃时 α固溶体的含铍量达到 2 .1 %, 随着 温度降低 , α固溶体的含铍量逐渐减少 , α固 溶体的溶解度曲线显著地移向铜边 。 当温 度为 200 ℃时 , α固溶体的含铍量为 0 .2 %。 含铍量为 2 %～ 2 .5 %的合金在高温下是 α 或 α+β(少量), 随 α固溶度的改变 , 合金在 缓慢冷却时逐渐析出 β 相 , 直到 β 相在 575 ℃发生共析转变 生成 α+γ相 为止 。 继 续冷却 , 从 α相中不断析出高硬度的 γ相 。 不管是 β 相 、γ相的析出 , 还是 β 相的共析转 变 , 都是一种扩散过程 。如果冷却速度足够