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用热处理增强连接器用磷青铜合金抗应力松弛性能

来源:广东赫达金属材料有限公司   发布时间:2021-11-09   点击量:141

      文章用数据说明了含锡量从4.2%到10%(质量比)的五种磷青铜合金的抗应力松弛特性可以用冷札后再进行热处理的方法得到显著的增强本文阐述表明,这些磷青铜合金经过适当的热处理后,在大多数电子互连系统的高达121℃工作温度下都具有优良的杭应力松弛性能。因此,它们可以用在这些系统中取代昂贵的金属而不降低可靠性

      磷青铜是电连接器工业应用最广泛的合金之一,因为其具有优良的弹性、电和热的传导性,与其他电子级合金相比,其成本较低。在整个连接器的预期寿命期间,连接器暴露在工作环境下和接触件重复插拔后接触电阻要增大是连接器设计中关注的主要问题之一。在依赖于金属材料的弹性性能的接触件中,例如在IDC(绝缘位移连接器,和压配合型接触件的设计中,通常在工程手册或设计指南中可以查到的常规机械性能,如抗拉强度、屈服强度和弹性模量等,对于材料的选择或使用寿命的预测都不再够用。

      这些性能适宜用来估算最大的许用应力(即力)和位移(即应变)。然而,要评估长时间暴露在较高温度环境中在应力作用下的材料性能,则要求了解在这些温度作用下合金的应力松弛特性。应力松弛可认为与决定从弹性变形到塑性变形的转变的时间和温度有关,尽管很多企业已经对磷青铜合金的常规机械性能和疲劳性能进行了广泛的研究,但有关它们的应力松弛特性方面的资料却非常缺乏,而且早期研究的这些材料中的大多数生产方法实际上不同于今天的连续铸造工艺,同时其平均晶粒度也比本文提到的磷青铜大得多。因此,有必要通过试验系统地了解磷青铜的应力松弛特性,包括各种锡含量的商用磷青铜合金以及冷加工及热处理的影响,供应用时参考。

      

本文将介绍有关试验的数据并进行分析

      试验材料:接受试验的合金有C5100(含锡4%),C51100(含锡5%),C51900(含锡6%),C52100(含锡8%)和C52400(含锡10%),都是厚度为1MM的板材。这些板材的化学成分及抗拉强度符合ASTM的标准规范的要求。材料以“轧制后”和热处理后两种状态进行试验。这种热处理,是把精制的带板材置于大型热处理炉内进行的。通常这种退火是在适当低于该金属的再结晶温度下进行的,因此,材料不会软化。由冷轧引起的高的残余应力在退火时减弱而弹性却得到保持。

热处理对磷铜合金的影响

      大多数互连系统的工作温度是从室温到121℃,在这个温度范围内,轧制热处理能极大地增强抗应力松弛特性。这种改善对于较硬的状态十分明显。在100℃下C51000热处理弹性回火在1000H后保持其初始应力的85%,而轧制后材料仅保持60%.工作温度高于100℃时,热处理再也无法改善应力松弛特性。

      

含锡量对磷铜合金的影响

       比较五种不同的合金在1000h后剩余应力与温度的关系,并只使用平行于轧制方向的试样的数据。因为已经证明,在大多数应用中感的温度下(一般低于121℃),晶粒取向对应力松弛没有大的影响。结果表明,合金的锡含量对应力松弛特性不起主要作用。

试验结论:锡含量大于4%不会改善疲劳性能。如果把30%的应力损耗作为寿命要求的设计点,那么即使在121℃时半硬状态也能满足这个要求,但更硬状态只能用到大约10℃。这些都假定要在上述温度下工作10000H,然而,大多数连接器都不会在这样相对高的温度下长时间地工作。同样已经证明,轧制硬化和充分时效的磷青铜在高于121℃时都会急剧地发生应力松弛。

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