铍青铜热处理工艺研究

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1、工艺与材料铍青铜热处理工艺研究孙瑜,封勇(陕西群力无线电器材厂,陕西宝鸡721300)摘要:文章从理论上阐述了铍青铜固溶处理机理,时效处理机理及实际生产中继电器用铍青铜零件固溶处理和时效处理工艺,最后阐述了此类铍青铜零件在热处理过程中应注意的几个问题。关键词:铍青铜;固溶处理;时效处理;继电器中图分类号:TG16612文章编号:1000-6133(2002)03-0033-04文献标识码:A2.2铍青铜固溶处理机理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

2、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。图1Cu2Be合金状态图(局部)由Cu2Be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

3、%,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2铍青铜固溶处理机理及工艺211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收稿日期:2002-07-08牌号主要成分/10-2杂

4、质/10-2BeNiCuMg、Al、Fe、Si、Pb、PQBe1.91.9～2.20.2～0.5余量总和<0.5QBe22.0～2.3<0.4余量总和<0.534机电元件2002年9月快,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

5、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。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

6、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)HV0.1。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

7、硬度可达到(250～320)HV0.1。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。4铍青铜零件热处理应注意的几个问题3铍青铜时效处理机理及工艺3.1铍青铜时效处理机理铍青铜固溶处理后,获得了过饱和的α固溶体及良好的塑性,之后的时效处理会使铍青铜的组织和性能发生显著变化。时效处理过程实际上是固溶体分解的过程,一方面是从过饱和的α固溶体中不断析出γ相,另一方面是β相也发生分解,从β相中不断析出γ相,引起合金的显著强化。低温时效时,扩散

8、速度小,发生两相分解,新相质点小而多,强化速率较小,而在较高温度时