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赫达铍铜阐述铍青铜线材的加工工艺

来源:   发布时间:2019-11-18   点击量:193

       铍青铜合金经高温固溶处理或固溶处理后冷加工变形,然后经低温时效处理,可以获得其他铜合金无可比拟的综合性能,特别是其强度、硬度、导电率、弹性性能和耐疲劳性能,均远远超过一般铜合金,堪称“铜合金之王”。此外,铍青铜还具有抗腐蚀性、耐磨性、非磁性和适当的高温强度,特别是在可燃气氛下机械接触不产生火花,是防爆工具必备材料。同时,诸如在航空仪表、精密仪器、接触片、弹片及计时器方面均广泛应用,是国防军品、电子及家用电器行业不可缺少的重要基础材料。本文以QBe2为例,论述了铍青铜的性质及其线材生产加工工艺。

       

铍青铜合金的性能      

       1、铍青铜合金的化学成分、机械性能执行GB5233-85中的规定, 具体数据见表1   机械性能见表2

      

铍青铜的合金性质

       1、铜-铍二元合金的部分平衡相图见图1。由图1可知,α固溶体在864℃时能溶解铍的量为2.1%,当温度下降时,溶解度显著减小,700℃时为1.8%,600℃时为1.45%,400℃时为0.4%,而室温下则不超过0.2%。含铍量在2.1%以下的合金,高温时呈α单相组织,如给予淬火处理,合金将保留其原有的单相组织;缓慢冷却时则α相中将首先析出β相,此β相在576℃时起共析反应,形成α+γ共析体,其后因α固溶体中铍的溶解度减小,显微组织中将又有二次γ相小粒出现。其中,α固溶体具面心立方晶格,β固溶体具体心立方晶格,γ相为以化合物CuBe为基的固溶体,亦具体心立方晶格。

       2、铍在铜中的溶解度随温度降低而显著减小,使得铍青铜可以进行沉淀硬化处理;合金淬火后作低温回火,则硬度与强度都有显著提高,但其程度与含铍量有密切关系:含1%Be时,开始有沉淀硬化现象;含2%铍时达最高值;超过2.5%Be时合金将呈现脆性,故一般含铍量均在2~2.5%之间。

       3、另外,合金中加入少量元素镍,能延缓再结晶,阻止合金加热时的晶粒长大,显著减慢冷却时的相变过程,抑制时效中的晶界反应,能使合金时效后的机械性能进一步提高。但是,由于少量镍能急剧降低铍在α固溶体中的溶解度,使铜-铍相图中的α相区缩小,使合金的金相组织中出现一定数量的硬脆γ1相,对合金的疲劳强度、弹性滞后和弹性稳定性都会产生不良影响,特别是当γ1相成链(条)状分布时,影响更大。因此,控制γ1相的数量和分布是获得优良性能铍青铜加工材的一个重要问题。

      4、为减少铍青铜组织的不均匀性及获得满意的γ1相分布,在生产中除严格控制合金中的铍、镍含量外,还可以通过采用大的加工率和适当的中间热处理方式(淬火或低温退火)来获得均匀而细小的γ1相分布。

         

铍青铜线材拉伸工艺说明

        1、拉伸:对软状态线坯和经过淬火处理的半成品线材,因为消除了加工硬化,合金塑性较好,所以第一道次加工率较大,但为保证成品表面质量,成品前两道次拉伸加工率略小。两次淬火间总加工率可为40~60%。

        2、淬火:对于含铍量高于1.7%的铍青铜,其最佳淬火温度为780~790℃,保温时间一般不超过15min(当装炉量较大时应适当延长),出炉后迅速将料投入水箱中。冷却后吊出料,用压缩冷气将料上附着的水吹干。

        3、时效:根据客户要求,对冷加工后的硬态成品,在320℃温度下时效60min。

        4、酸洗:淬火后线材表面的氧化层主要是CuO和BeO。酸洗液为10%HNO3与15%H2SO4的混合液,酸洗温度为40~60℃,时间为3~6min为宜。时间过长或不足都会对制品的表面质量有影响。酸洗化学反应方程式如下:
        CuO+2HNO3=Cu(NO3)2+H2O
        CuO+H2SO4=CuSO4+H2O
        BeO+2HNO3=Be(NO3)2+H2O

        BeO+H2SO4=BeSO4+H2O     

            

热处理工艺对铍铜性能的影响

         1、由于铍青铜有很高的热处理强化效果,属于析出硬化型材料,故其制品一般都要进行淬火时效处理。铍青铜高温的单相组织,可用淬火方法保留到室温,水淬是使加工产品保持固溶状态最常用的方法。淬火加热温度和保温时间的选择原则是使强化相充分固溶,且保持适当大小的晶粒(一般要求0.015~0.045mm)。但淬火温度过高或保温时间过长,都会使晶粒急剧粗化。淬火加热温度对QBe2制品晶粒大小的影响。

         2、二元铜-铍合金加热时晶粒极易长大,冷却时固溶体分解速度很快,并发生明显的体积变化,极易在材料内部形成内应力而导致开裂,为防止固溶体分解须采用极快的速度冷却。为保证淬火质量,淬火时装炉量不易过大。淬火速度对QBe2硬度的影响

         3、铍青铜时效时,连续脱溶过程如下:过饱和固溶体※γ″※γ′※γ。其中γ″、γ′都是过渡相,由于γ″相与基体的比容差及共格应变大,且其析出密度极高,故有很大的强化效果。研究表明,当γ″相将向γ′相转变时,强化效果最高。但铍青铜在时效过程中,在发生连续脱溶的同时往往伴有不连续脱溶。

         4、不连续脱溶一般从晶界开始。当不连续脱溶胞自晶界向晶内长大时,晶内才开始按正常(连续脱溶)方式普通脱溶。因此,当晶内由于脱溶而强化时,晶界部分早已过时效,造成组织和性能的不均匀性。试验证明,当时效温度低于380℃时,铍青铜以连续脱溶为主;在380℃以上时,时效则不连续脱溶占优势。因此,铍青铜的时效温度不能太高,一般不高于325~330℃。铍青铜线材制品的时效保温时间一般为软态180min,1/2硬态120min,硬态60min。表6为铍青铜的主要淬火、时效温度。

         

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