铍青铜物理化学性质.doc

铍青铜(beryllium bronze)以铍为主要添加元素的青铜。铍青铜的铍含量为022，再加入少量的(0220)钴或镍第三组元。该合金可热处理强化。是理想的高导、高强弹性材料。铍青铜无磁、抗火花、耐磨损、耐腐蚀、抗疲劳和抗应力松弛。并且易于铸造和压力加工成形。铍青铜铸件的典型用途是用作塑料或玻璃的铸模、电阻焊电极、石油开采用防爆工具、海底电缆防护罩等。铍青铜加工材的典型用途是用作电子器件中的载流簧片、接插件、触点、紧固弹簧、板簧和螺旋簧、膜盒、波纹管及引线框架等。分类 铍青铜分为两大类。依合金成分而分，铍含量为0206的是高导(电、热)铍青铜；铍含量为1620的是高强铍青铜。依制造成形工艺，又可分为铸造铍青铜和变形铍青铜。国际上通用的铍青铜合金牌号以C为首。变形铍青铜有C17000、C17200(高强铍青铜)和C17500(高导铍青铜)两大类。与之相对应的铸造铍青铜则有C82000、C82200(高导铸造铍铜)和C82400，C82500，C82600，C82800(高强耐磨铸造铍铜)。世界上最大的铍铜合金生产厂家为美国的BrushWellman公司，其企业标准与国际标准对应，具有一定的权威性。中国生产铍青铜的历史几乎与前苏联、美国等国同步，但列入国家标准的牌号只有高强度铍青铜QBe19、QBe20、QBe17。其他高导铍青铜或铸造铍青铜，根据石油工业和国防工业发展的需求已投入规模生产。性能 铍青铜具有良好的综合性能。其力学性能，即强度、硬度、耐磨性和耐疲劳性居铜合金之首。其导电、导热、无磁、抗火花等性能其他铜材无法与之相比。在固溶软态下铍青铜的强度与导电性均处于最低值，加工硬化以后，强度有所提高，但电导率仍是最低值。经时效热处理后，其强度及电导率明显上升。各种牌号的变形铍青铜与铸造铍青铜的基本物理性能和力学性能参见表16。铍青铜的机加工性能，焊接性能，抛光性能与一般的高铜合金相似。为改善该合金的机加工性能，以适应精密零件的精度要求，各国开发了一种含铅0206的高强铍青铜(C17300)，其各项性能等同于C17200，但合金的切削系数由原来的20提高到60(易切削黄铜为100)。工艺处理 铍青铜是典型的时效析出强化型合金。高强铍青铜的典型热处理工艺是，在760830温度保温适当时间(每25mm厚的板材至少保温60min)，使溶质原子铍充分固溶于铜母体中，形成面心立方晶格的相过饱和固溶体。随后，在320340温度下保温23h，完成脱溶析出过程，形成相(CuBe2亚稳定相)。该相与母体共格造成应力场而强化了基体。高导铍青铜典型的热处理工艺是，在900950的高温下保温一段时间，完成固溶过程，继之在450480下保温24h，实现脱溶析出过程。由于合金中添加较多的钴或镍，其弥散强化质点多为钴或镍与铍形成的金属间化合物。为进一步提高合金的强度，往往在固溶热处理之后和时效热处理之前，对合金施行一定程度的冷加工，旨在实现冷作硬化和时效硬化的综合强化效果。其冷加工度一般不超过37。固溶热处理一般应由合金生产厂进行。用户将经过固溶热处理及冷轧的带材冲制成零件后，自行时效热处理，以获得高强度的弹簧元件。近年来，美国又开发了由铍铜生产厂家完成时效热处理的带材，客户可直接将其冲制成零件使用。铍青铜经各种工艺处理后，欧美对于合金状态的字母表示是：A表示固溶退火态(annealed)，合金处于最软状态，易于冲压加工成形，有待于下一步的冷加工或直接时效强化处理。H表示加工硬化态(hard)，以冷轧板材为例，37的冷加工度为全硬态(H)、21的冷加工度为半硬态(12H)、11的冷加工度为14硬态(14H)，用户可根据所要冲制零件形状的难易程度而选择适宜的软硬状态。T表示已经时效强化热处理状态(heattreatment)。如采用形变与时效综合强化的工艺则其状态以HT表示。安全防护 铍青铜合金中所含的铍，其质量百分数为2，但原子百分数达90122。在熔炼、铸造、热处理、焊接、切削机加工等高温操作时，会形成氧化铍(BeO)。大部分氧化铍会牢固地附着在原工件表面，但在激烈运动如切削加工、抛光、焊接等操作中，细微颗粒(小于10m)的粉尘会悬浮于空气中，操作工人若吸入过量，会导致“铍肺”职业病。因此，上述工作环境必须有完善的定向排风装置。切削加工、抛光等工序必须在有冷却液的湿润状态下进行。美国职业安全与卫生管理局(OSHA)就此规定的标准为：对铍制品操作车间及其周围环境实行定期的空气取样，对于每日工作8h的工人，其工作环境的铍含量不得超过2gm3。为减少铍铜带来的污染，中国和日本等近年来开发了钛青铜、铜镍锡等合金，其导电率略低于铍青铜，但强度及弹性与之相近，在一些工作场合，可作为铍青铜的良好代用材料。铍青铜牌号和化学成分铍青铜牌号和化学成分，附表2铍青铜QBe2牌号和化学成分(质量分数)(%)对照、1.9铍青铜QBe1.9牌号和化学成分(质量分数)(%)对照、1.9-0.1铍青铜QBe1.9-0.1牌号和化学成分(质量分数)(%)对照、1.7铝青铜QBe1.7牌号和化学成分(质量分数)(%)对照、0.6-2.