1、第3期2004年9月机 电 元 件ELECTRoMECHANICAL CoMPoNENTSV0124 NO3Sep2004铍青铜热处理工艺的改进杨复建1，梅敬军2(1合肥工业大学仪器仪表学院，安徽合肥230009；2中电集团公司第四十研究所，安徽蚌埠233010)摘要：通过对铍青铜材料的固溶处理和时效处理等来阐述铍青铜弹性元件的热处理工艺，着重介绍了固溶及时效处理的前处理工序和防止氧化的方法。关键词：铍青铜；清洗；固溶；时效；氧化保护中图分类号：TCl662 文献标识码：A 文章编号：10006133(2004)030018一031 引 言铍青铜是以铍为基本合金元素的铜基合金材料，它具有高的强
2、度、硬度和弹性极限，弹性滞后小，弹性稳定性好，并且具有耐疲劳、耐腐蚀、耐磨、耐寒、无磁性、高导电导热性、受冲击时不产生火花等优良的综合特性。在工艺方面，它承受冷热压力加工的能力很强，铸造性能也很好，是具有良好综合性能的结构和功能材料。铍青铜广泛应用于电子、电器、仪器等领域。这些领域的零件耐盐雾、耐腐蚀等要求都很高，还要求良好的导电性能，因此，在零件的表面常常需要进行镀银处理。但是，由于没有适用的铍青铜热处理规范，固溶和时效处理时易形成氧化物，为镀银前处理带来了很大的难度，且影响零件的尺寸。据此笔者提出了铍青铜热处理前的预处理、固溶处理和时效处理是影响铍青铜零件表面质量及其弹性特性的关键要素。下
3、面就铍青铜的预处理工艺、固溶处理、时效处理三个方面阐述其工艺过程。2 热处理前的预处理工艺铍青铜在机械加工过程中，表面易附着一些污染物，如人体的汗液、机加工的冷却液等，特别是收稿日期：20040220电火花线切加工时的冷却液对铍青铜表面的污染更为严重。原先，我们对通过电火花加工的零件，在热处理前没有进行规范的表面预处理，仅仅用水清洗干净，然后进行固溶处理，结果其表面形成了坚硬的黑色氧化附着物。为了做好电镀前处理，我们采用三酸(浓硫酸50，浓盐酸0205，浓硝酸2530，其余为水)反复清洗，把黑色氧化附着物清洗干净后，在显微镜下观察，零件表面出现很多小的麻点，且镀银后表面也出现了许多的麻点，严重
4、影响了零件的表面质量。另外，电镀后零件的尺寸也出现了严重的超差现象，不能满足设计和使用要求。其后采用碱性溶液去污又发现零件表面变毛，镀后零件的光亮度远远达不到使用要求，且碱液对铍青铜的腐蚀非常大，使零件的尺寸变化也非常大，严重影响了零件的质量，零件合格率仅达到30左右。为了解决上述问题，我们摸索出第三种工艺方案，规定了详细的预清洗工艺流程(见图1)：在铍青铜固溶处理之前，首先用清水将零件冲洗干净，再用煤油浸泡15min；然后用汽油清洗5min，晾干；再用乙醇作为介质，超声波清洗5min后晾干，最后将零件放人热处理专用盒，入炉进行固溶处理。按照上述的工艺流程预万方数据第3期 杨复建等：铍青铜热处
5、理工艺的改进 19处理的零件，在经过气体保护固溶处理后，表面没有形成氧化附着物，颜色也没有变化，为保证电镀的质量控制奠定了基础。图1零件清洗工艺流程3 固溶处理的工艺过程用硬态铍青铜制作的零件，成形前的软化处理应采用固溶处理。铍青铜的固溶处理也称为淬火，即利用铍在铜中的溶解度随温度升高而变化的特点，在箱式电炉、管式通保护气氛电炉、真空电炉或者井式气体循环电炉内加热，其中用铍青铜热处理专用设备(如氨分解保护气氛固溶炉)的处理效果较好。先将炉温加热到800左右，然后放入已经预处理的零件，在770790。C的温度下保温820rain(具体的保温时间应参照表1的常规热处理工艺规范)，然后迅速放人清洁的
6、流动水中冷却，从而获得过饱和仪固溶体。如果对零件表面质量要求很高的话，只能用管式通保护气氛电炉、真空电炉和铍青铜热处理专用设备。固溶处理的目的主要是使铍青铜中的富铍相(13相)充分固溶于基体中，获得最大浓度的过饱和Or固溶体，为随后的时效强化作组织准备；同时固溶处理是成形前的软化处理，固溶处理后的材料具有良好的塑性(延伸率6可达30)，便于机械加工成型。表1 常规热处理工艺规范固溶处理零件厚度或牌 号 温度oC 保温时Ih习min直径ramQBe2 03 410QBel9 0306 812QBel7 78010 O6IO 1016QBeM9201 1O30 1430QBeM91701 咖20
7、2045注：零件较大或装炉量较多时，保温时问适当延长。铍青铜的固溶处理过程中，有几点值得注意：(1)固溶处理应在保护气氛或真空加热炉中进行。常用的保护气氛为：氮气、氢气、一氧化碳等。操作时应严格控制气体纯度和流量。(2)固溶处理温度过低或时间过短，会造成固溶不足，降低时效强化作用；且晶粒过于细小，导致时效时晶界反应量增多，性能下降。固溶处理温度过高或时问过长，会引起过热而晶粒粗化，机械性能下降，甚至造成局部过烧而淬火开裂。固溶处理温度超过8000C会出现局部过烧，超过850。C时将导致过烧。所以在固溶时必须严格控制温度。(3)达到保温时间后应尽快将零件从炉内淬人水中，以防第二相析出，暴露在空气
8、中表面也易氧化。薄细零件淬火延滞时问不得超过2s，一般零件不得超过3s。淬火冷却槽应设置在固溶炉下面或附近，并有足够的容积且能提供清洁的流动水，水的温度应在25“C以下，以保证淬火零件迅速而均匀地冷却。(4)固溶处理后晶粒过细或B相过多以及机械性能达不到要求时，允许重新进行固溶处理(晶粒度超上限者除外)，这个过程称为重淬。一般重淬次数不得超过2次。4 时效处理的工艺过程由于固溶处理后的零件是软态的，经过成型后，还必须进行定型处理，也就是时效处理。铍青铜的时效就是将经固溶处理或固溶后又经冷加工的铍青铜零件，先在30的稀盐酸中清洗23rain，以清除固溶处理后零件表面的少量氧化物，再用清水冲洗干净
9、，烘干后放入保护气氛电炉或真空电炉内，加热到适当温度，保温一定的时间(不同的材料牌号和时效方式，保温的温度和时问都有所差别，具体参照41 时效处理的几种方式)，使过饱和仪固溶体分解，析出强化相。时效处理的目的是通过过饱和Ot固溶体沉淀析出强化相，获得理想的高强度、硬度、弹性等性能，同时获得稳定的零件尺寸和形状。41时效处理的几种方式(1)峰值时效：含铍1620的铍青铜，万方数据20 机电元件 2004年QBe2 C3QBel9 320 5 CY4 25QBel7 CY22QBeM920 1CY23405QBeMgl7 0 1 CY一卜十一 I卜十一一 2_| 卜斗一一 2成表面氧化物。一般在3
10、0的稀盐酸中清洗23min即可，如果氧化皮较厚，可适当延长清洗时间。(2)铍青铜的时效处理若在空气、油浴或盐浴介质中进行时，会造成表面氧化、变色，虽对材料机械性能无显著影啊，但会直接影响到外观并且对焊接和电镀不利。为防止氧化、提高表面光洁度，推荐采用保护气氛或真空时效处理。时效后应冷却至100。C以下，才能停抽真空或停保护气氛。常用的保护气氛为：氮气、氢气、一氧化碳。操作时应严格控制气体纯度和流量。采用真空时效时，真空度应保持在667Pa以上。(3)时效变形的控制：铍青铜材料时效过程中，因组织结构变化引起长度和体积收缩，一般不影响零件的质量，但对于形状复杂的零件因收缩不均匀会产生变形。为防止或
11、减少变形，可采用合适的夹具；必要时，还可以采用人工校正，然后进行消除应力退火。5 结 论通过我们的实践，按照上述热处理工艺加工的铍青铜零件，可以保证其表面没有氧化附着物，大大降低了电镀前处理工作量，为保证后续电镀处理的表面质量奠定了坚实的基础。镀银后，其表面没有出现不合格品，零件尺寸稳定性也非常好。零件热处理合格率已经达到了100，有效地控制了零件的废品率，降低了生产成本，取得了很好的经济效益。参考文献：1(-r程材料实用手册编辑委员会工程材料实用手册，第4卷，第二版M，北京：中国标准出版社，20022史美堂金属材料及热处理M上海：上海科学技术出版社，19833李鸿年，张绍恭实用电镀工艺M北京
12、：国防工业出版社，19944SJ 319789，铍青铜弹性元件的热处理S万方数据铍青铜热处理工艺的改进作者： 杨复建， 梅敬军作者单位： 杨复建(合肥工业大学仪器仪表学院,安徽,合肥,230009)， 梅敬军(中电集团公司第四十研究所,安徽,蚌埠,233010)刊名： 机电元件英文刊名： ELECTROMECHANICAL COMPONENTS年，卷(期)： 2004,24(3)被引用次数： 3次参考文献(4条)1.SJ3197-1989.铍青铜弹性元件的热处理2.李鸿年;张绍恭 实用电镀工艺 19943.史美堂 金属材料及热处理 19834.工程材料实用手册编辑委员会 工程材料实用手册 20
13、02本文读者也读过(10条)1. 孙瑜.封勇 铍青铜热处理工艺研究期刊论文-机电元件2002,22(3)2. 韩继成 铍青铜的热处理与常见缺陷的分析和补救对策期刊论文-机械工艺师2001(3)3. 金雷 弹性铍青铜零件的热处理工艺期刊论文-工具技术2002,36(10)4. 魏鹏.杨晶.关玲.WEI Peng.YANG Jing.GUAN Ling 铍青铜真空时效热处理的研究期刊论文-热加工工艺2010,39(2)5. 李晓艳 铍青铜的热处理工艺应用研究期刊论文-电讯技术2001,41(6)6. 狄平 铍青铜形变时效工艺的优化期刊论文-金属热处理2003,28(2)7. 符留念.FU Liu-
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