張保華，張 勇，岳麗娟

（西北稀有金屬材料研究院寧夏有限公司稀有金屬特種材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 石嘴山 753000）

鈹青銅固溶后具有較高的塑性、韌性和良好的冷加工成形性，再進(jìn)行時(shí)效處理產(chǎn)生沉淀硬化，可使其具有良好的綜合機(jī)械性能和彈性。高傳導(dǎo)鈹銅含鈹量較低屬于低鈹材料，是一種沉淀硬化型材料，由于其生產(chǎn)成本低并且具有良好的成型性而廣泛應(yīng)用于各類接插件、汽車零部件、手機(jī)、電腦等精密儀器[1]。

鈹青銅固溶后必須經(jīng)過(guò)時(shí)效處理才能獲得最佳化學(xué)、物理及組織性能。本文主要對(duì)高傳導(dǎo)低鈹銅合金在相同溫度、不同時(shí)間條件下進(jìn)行固溶，并且對(duì)固溶后的材料施加0%~60%加工率后進(jìn)行480℃×3h的時(shí)效處理，通過(guò)力學(xué)性能來(lái)驗(yàn)證固溶效果，為工業(yè)化生產(chǎn)提供指導(dǎo)意義[2]。

1 材料選擇

（1）高傳導(dǎo)鈹銅合金中鈹含量較低（是QBe2.0或C17200的1/5），鈷含量與17200類似，NGK高傳導(dǎo)鈹銅化學(xué)成分與本次試驗(yàn)材料的化學(xué)成分對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 NGK高傳導(dǎo)鈹銅與本次試驗(yàn)材料的化學(xué)成分對(duì)比（%）

（2）實(shí)驗(yàn)用料的選擇。為了避免二次退火對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，選擇未退火的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。物料使用厚度為0.4mm軋制態(tài)的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2 工藝選擇

2.1 固溶工藝的選擇

淬火溫度的選擇應(yīng)該考慮到鈹?shù)某浞秩芙?，以便獲得過(guò)飽和的α固溶體，使隨后的時(shí)效有足夠的強(qiáng)化相析出，從而達(dá)到高的力學(xué)性能。但是，過(guò)高的淬火加熱溫度會(huì)引起α相晶粒的長(zhǎng)大，甚至晶界局部燒熔而產(chǎn)生過(guò)熱及過(guò)燒現(xiàn)象，使性能急劇變壞。

因此，淬火加熱溫度的選擇，應(yīng)當(dāng)是在不影響晶粒長(zhǎng)大的前提下，選擇盡可能高的淬火加熱溫度以達(dá)到時(shí)效后獲得高強(qiáng)度的目的。生產(chǎn)實(shí)踐明性能的優(yōu)劣成敗的關(guān)鍵往往是淬火加熱溫度的選擇和控制。根據(jù)C17510和C17530的相圖可以看出，低鈹銅的固溶溫度在900℃~960℃之間，時(shí)效硬化溫度在420℃~530℃之間。所以在這一溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行選擇。

固溶溫度選擇900℃，時(shí)間選擇2分鐘，5分鐘，8分鐘共三個(gè)時(shí)間點(diǎn)，本次實(shí)驗(yàn)淬火爐選用的是箱式爐。裝爐要求：溫度升到900℃穩(wěn)定后裝爐，裝爐后溫度穩(wěn)定到900℃后計(jì)時(shí)，出爐后快速水冷。

2.2 加工率選擇

低鈹銅屬于沉淀硬化型合金，固溶效果可以通過(guò)時(shí)效性能以及施加不同加工率的冷加工后的時(shí)效性能來(lái)體現(xiàn)，為了數(shù)據(jù)的可靠性，選擇對(duì)材料進(jìn)行不實(shí)驗(yàn)，然后再進(jìn)行時(shí)效處理，加工率選擇在0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%共七個(gè)加工率進(jìn)行研究[3,4]。

2.3 時(shí)效工藝選擇

對(duì)固溶處理(軟態(tài))和固溶處理后冷加工(硬態(tài))的低鈹銅進(jìn)行時(shí)效處理的主要目的是產(chǎn)生沉淀硬化。為了研究材料固溶效果，減少后續(xù)熱處理對(duì)固溶效果的影響，時(shí)效工藝統(tǒng)一選用480℃ ×3h。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

（1）不同固溶條件下對(duì)材料力學(xué)性能的影響見(jiàn)圖1。

高傳導(dǎo)低鈹銅在900℃的溫度下，經(jīng)不同時(shí)間固溶，在480℃×3h軟態(tài)時(shí)效和軋制10%~60%加工率的硬態(tài)下時(shí)效后的硬度、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率進(jìn)行了測(cè)定。它們?cè)诓煌倘軛l件下的變化曲線如圖1所示。

可見(jiàn)，時(shí)效前的冷變形可使合金進(jìn)一步強(qiáng)化但冷變形合金的時(shí)效過(guò)程比較復(fù)雜，除過(guò)飽和固溶體的脫溶之外還伴隨著合金的回復(fù)和再結(jié)晶。合金的硬度、強(qiáng)度先是隨固溶時(shí)間的延長(zhǎng)而顯著升高，冷變形使強(qiáng)度提高。變形量越大，強(qiáng)度越高，在固溶后40%的變形量達(dá)到峰值，然后隨變形量的升高而逐漸下降。而延伸率隨固溶時(shí)間的延長(zhǎng)，呈降低的趨勢(shì)，這是由于時(shí)效過(guò)程中第二相析出產(chǎn)生沉淀硬化，使強(qiáng)度、硬度升高，同時(shí)固溶體中過(guò)飽和程度先升高后下降使延伸率降低。

圖1 不同固溶條件下對(duì)材料力學(xué)性能的影響

圖2 三組固溶工藝條件下及軟時(shí)效后對(duì)低鈹銅帶材晶粒的影響

（2）不同固溶條件下金相、以及軟時(shí)效后的金相見(jiàn)圖2。

通過(guò)金相對(duì)比可以看出，隨著固溶保溫時(shí)間延長(zhǎng)，晶粒會(huì)長(zhǎng)大，但是保溫時(shí)間短，析出物又不能充分固溶，所以改進(jìn)晶粒度的方法應(yīng)該是在合適的溫度，適當(dāng)?shù)谋貢r(shí)間下，材料的晶粒既無(wú)法過(guò)分長(zhǎng)大，又使得析出物充分固溶。

4 結(jié)論

（1）科學(xué)合理的固溶淬火溫度，既能促使富鈹相充分均勻地固溶于基體晶粒中，又能得到細(xì)小晶粒。適當(dāng)?shù)谋貢r(shí)間，可確保富鈹相充分固溶，并避免晶粒長(zhǎng)大。若保溫時(shí)間太短，Be未充分固溶到固溶體中，達(dá)不到強(qiáng)化效果；若保溫時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)促使晶粒粗化，降低合金的力學(xué)性能，增加脆性。

（2）固溶后的低鈹銅經(jīng)過(guò)冷變形可使強(qiáng)度提高，變形量越大，強(qiáng)度越高，在固溶后40%的變形量達(dá)到峰值，然后隨變形量的升高而逐漸下降。