鈹銅是以鈹作為主要合金組元的壹種無錫青銅,隸屬於銅合金材料。鈹銅是典型的時效析出強化型合金。含有1.7~2.5%鈹及少量鎳、鉻、鈦等元素,經過淬火時效處理後,強度極限可達1250~1500MPa,接近中等強度鋼的水平。在淬火狀態下塑性很好,可以加工成各種半成品。鈹銅具有很高的硬度、彈性極限、疲勞極限和耐磨性,還具有良好的耐蝕性、導熱性和導電性,受沖擊時不產生火花,廣泛用作重要的彈性元件、耐磨零件和防爆工具等。常用牌號有QBe2.0、QBe2.5、QBe1.7、QBe1.9等。
鈹銅合金材料
鈹鎳銅合金材料
鈹鎳銅
鈹銅生產工藝步驟說明:
固溶:鈹銅工件加熱到高溫(800-815℃)並恒溫2-3小時,使鈹完全溶解到銅中,形成均勻的狀態;
淬火:將鈹銅在水中急速冷卻,使鈹原子來不及擴散,形成過飽和狀態,也稱退火處理;
時效(沈澱):使用真空熱處理爐將過飽和鈹銅工件加熱至較低的時效溫度(340正負5℃),因過飽和狀態不穩定,額外的鈹原子短距地擴散並析出,經保溫2-3小時,析出的過量鈹和銅將達到平衡,此時的機械性能明顯提高。
鈹銅分類:
通常,鈹銅分為兩大類。
依合金成分而分,鈹含量為0.2%~0.6%的是高導(電、熱)鈹銅;鈹含量為1.6%~2.0%的是高強鈹銅。?
依制造成形工藝,又可分為鑄造鈹銅和變形鈹銅。
鈹銅熱處理:將材料(如金屬)加熱並冷卻,以產生所需的性質的過程。
高強鈹銅的典型熱處理工藝是,在760~830℃溫度保溫適當時間(每25mm厚的板材至少保溫60min),使溶質原子鈹充分固溶於銅母體中,形成面心立方晶格的α相過飽和固溶體。隨後,在320~340℃溫度下保溫2~3h,完成脫溶析出過程,形成γ′相(CuBe2亞穩定相)。該相與母體***格造成應力場而強化了基體。
高導鈹銅典型的熱處理工藝是,在900~950℃的高溫下保溫壹段時間,完成固溶過程,繼之在450~480℃下保溫2~4h,實現脫溶析出過程。由於合金中添加較多的鈷或鎳,其彌散強化質點多為鈷或鎳與鈹形成的金屬間化合物。為進壹步提高合金的強度,往往在固溶熱處理之後和時效熱處理之前,對合金施行壹定程度的冷加工,旨在實現冷作硬化和時效硬化的綜合強化效果。其冷加工度壹般不超過37%。固溶熱處理壹般應由合金生產廠進行。用戶將經過固溶熱處理及冷軋的帶材沖制成零件後,自行時效熱處理,以獲得高強度的彈簧元件。近年來,美國又開發了由鈹銅生產廠家完成時效熱處理的帶材,客戶可直接將其沖制成零件使用。鈹青銅經各種工藝處理後,歐美對於合金狀態的字母表示是:A表示固溶退火態(annealed),合金處於最軟狀態,易於沖壓加工成形,有待於下壹步的冷加工或直接時效強化處理。H表示加工硬化態(hard),以冷軋板材為例,37%的冷加工度為全硬態(H)、21%的冷加工度為半硬態(1/2H)、11%的冷加工度為1/4硬態(1/4H),用戶可根據所要沖制零件形狀的難易程度而選擇適宜的軟硬狀態。T表示已經時效強化熱處理狀態(heat treatment)。如采用形變與時效綜合強化的工藝則其狀態以HT表示。
安全防護:
鈹銅合金中所含的鈹,其質量百分數為2%,但原子百分數達9.0122%。在熔煉、鑄造、熱處理、焊接、切削機加工等高溫操作時,會形成氧化鈹(BeO)。大部分氧化鈹會牢固地附著在原工件表面,但在激烈運動如切削加工、拋光、焊接等操作中,細微顆粒(小於10μm)的粉塵會懸浮於空氣中,操作工人若吸入過量,會導致“鈹肺”職業病。因此,上述工作環境必須有完善的定向排風裝置。切削加工、拋光等工序必須在有冷卻液的濕潤狀態下進行。美國職業安全與衛生管理局(OSHA)就此規定的標準為:對鈹制品操作車間及其周圍環境實行定期的空氣取樣,對於每日工作8h的工人,其工作環境的鈹含量不得超過2μg/m3。