鈹青銅的熱處理與常見(jiàn)缺陷的分析和補(bǔ)救對(duì)策

陳安環(huán)

摘要：鈹青銅從性能的角度分析，屬于比較優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)材料，經(jīng)過(guò)合理的處理后，可以獲取比較好的強(qiáng)度以及硬度。但是在經(jīng)過(guò)熱處理之后，比較容易出現(xiàn)一些缺陷和不足，導(dǎo)致材料出現(xiàn)質(zhì)量上的問(wèn)題，這就需要通過(guò)一定的措施進(jìn)行補(bǔ)救。本文重點(diǎn)探討了鈹青銅的熱處理經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷，并提出了幾點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)救的對(duì)策。

關(guān)鍵詞：鈹青銅;熱處理;常見(jiàn)缺陷;補(bǔ)救對(duì)策

1 前言

鈹青銅經(jīng)過(guò)熱處理工藝之后，獲得的材料，在硬度和強(qiáng)度上表現(xiàn)良好，具有比較好的穩(wěn)定性，抵抗腐蝕、磨損、低溫、沖擊火花等方面具有比較好的優(yōu)勢(shì)，基于以上存在的優(yōu)點(diǎn)，鈹青銅被經(jīng)常應(yīng)用到精密度比較高的彈性元件上。

2鈹青銅的熱處理分析

2.1 鈹青銅的化學(xué)成分及用途

鈹青銅屬于含有鈹銅基合金的材料，其化學(xué)成本包括：鋁元素、硅元素、鉛元素、鐵元素、鈹元素、鎳元素等。

鈹青銅是全部鈹合金中，使用范圍最大最廣的，其用量占比達(dá)到了總量的7成。鈹青銅需要經(jīng)過(guò)熱處理，增強(qiáng)其性能，進(jìn)而獲得高強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性等特性。由于鈹青銅可以應(yīng)用到海水中保持年限超過(guò)40年，因而是海底電纜中繼器體必須使用的材料。

2.2 固溶處理

鈹在銅中經(jīng)過(guò)加熱溶解后，存在因溫度升高變化的特征，通過(guò)高溫加熱、保溫處理以及快速冷卻等處理工藝之后，可以得到過(guò)飽和的固溶體，并將其應(yīng)用到冷壓加工中，彎曲成型。在進(jìn)行處理的過(guò)程中，影響其質(zhì)量的因素包括：工藝、溫度、保溫時(shí)間、冷卻介質(zhì)以及保護(hù)方法等。

固溶處理方法包括：

第一，木炭保護(hù)法。清理干凈零件，按照要求進(jìn)行綁扎，并將其放入到木炭中，選擇干凈的細(xì)顆粒狀木炭。加熱和保溫的過(guò)程，使用790℃±10℃的箱式爐，完成此步驟后，需要立即將零件浸入到水中，進(jìn)行冷卻的環(huán)節(jié)。如圖1所示：

第二，鑄鐵屑保護(hù)法。處理干凈零件之后，將干燥干凈的零件按照要求裝到夾具中，或者進(jìn)行綁扎，之后把零件放到鑄屑中，烘干溫度設(shè)置為500℃。完成加熱和保溫的步驟，需要立即將零件浸到水中，進(jìn)行冷卻的環(huán)節(jié)。

第三，油浸保護(hù)法。處理干凈零件之后，將干燥干凈的零件按照要求裝到夾具中，或者進(jìn)行綁扎，把零件用機(jī)械油浸透的紙進(jìn)行密封包裹后，放到鐵盤里。加熱和保溫的步驟，使用溫度為790℃±10℃的箱式爐，完成此步驟后，需要立即將零件浸到水中，進(jìn)行冷卻的環(huán)節(jié)。

第四，涂料保護(hù)法。處理干凈零件之后，將干燥干凈的零件按照要求裝到夾具中，或者進(jìn)行綁扎，在零件表面進(jìn)行噴涂高溫保護(hù)涂料，烘干之后，使用溫度為790℃±10℃的箱式爐，加熱和保溫程序完成后，需要快速取出零件并浸入到水里，進(jìn)行冷卻的環(huán)節(jié)。

第五，鹽浴爐保護(hù)法。零件處理方式相同，將處理干凈的零件放到脫氧處理后的中溫鹽浴爐里，加熱、保溫和冷卻步驟同上。需要注意的事項(xiàng)：放入的零件、夾具等必須要進(jìn)行徹底的烘干，不能殘留水漬，如果出現(xiàn)水漬，會(huì)形成炸鹽造成安全事故。

第六，真空保護(hù)法。清潔處理步驟同上，完成后把零件放入到簡(jiǎn)易的真空加熱室，抽真空之后，完成加熱、保溫及冷卻環(huán)節(jié)，具體操作同上，完成后可以得到比較光亮的金屬表面。如圖2所示：

第七，氨箱保護(hù)法。清潔處理、加熱、保溫以及冷卻環(huán)節(jié)同上，把處理好的零件放入到氨氣保護(hù)加熱專用箱的托盤中，作用于高溫的條件下，氨氣分解出氯氣和氫氣，形成一定的抗氧化性。由于抗氧化性，可以使零件表面光亮達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。氨箱保護(hù)法具有工藝方法簡(jiǎn)單方便、不需要專用設(shè)備、耗能低、成本低、質(zhì)量高等優(yōu)勢(shì)。

第八，酒精裂解保護(hù)法。清潔處理、加熱、保溫以及冷卻環(huán)節(jié)同上，不同點(diǎn)在于：把處理好的零件放到加熱爐中，操作此步驟需要注意事項(xiàng)：火焰保持在80毫米～100毫米最為合適;火焰的顏色以桔黃帶粉紅為最佳。

2.3 時(shí)效處理

時(shí)效處理的溫度一般控制在320℃±10℃，保溫時(shí)間控制在1.5小時(shí)到2小時(shí)，在具體的時(shí)間確定上，以零件形狀及厚度為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前，常見(jiàn)的方法包括：

第一，填充保護(hù)法。按照有關(guān)要求進(jìn)行零件的清潔、烘干、入夾具和捆綁后，將其放入到清洗干凈的鐵盒子里，填充材料均為烘干且無(wú)油的狀態(tài)，包括：石棉粉、鑄鐵屑、氧化鋁粉燈，之后將零件放入到準(zhǔn)備好的鐵盒中，按照溫度和保溫時(shí)間的要求進(jìn)行處理后，再將零件取出。

第二，液體保護(hù)法。對(duì)零件的處理同上，完成后，把零件放入吊籃，在320℃±10℃的鹽浴爐中，保溫時(shí)間設(shè)置為30分鐘，之后在水中進(jìn)行冷卻和清洗。或者把零件放到同樣溫度的汽缸油中，保溫時(shí)間控制在1.5小時(shí)到2小時(shí)，完成后冷卻和清潔。

第三，定型時(shí)效法。零件按照一定規(guī)律有序放置早時(shí)效盤里，按照要求比例，配制定型時(shí)效劑，將其調(diào)成稀漿糊狀，烘干完成后，等待定型時(shí)效劑固化，變硬之后，放置到規(guī)定溫度的箱式爐里，保溫1.5小時(shí)到2小時(shí)之后，進(jìn)行冷卻。定型時(shí)效法的優(yōu)勢(shì)為：成本低、操作簡(jiǎn)單、方便，有助于提高工作的時(shí)效性、節(jié)約能源、保證質(zhì)量。

3常見(jiàn)的缺陷和補(bǔ)救對(duì)策

3.1 出現(xiàn)氧化缺陷和補(bǔ)救對(duì)策

在鈹青銅經(jīng)過(guò)熱處理后，在其表面會(huì)形成一些色彩不均勻、不同程度的花紋等現(xiàn)象，如果氧化情況比較嚴(yán)重，則會(huì)使得表面形成麻面，對(duì)零件的性能會(huì)出現(xiàn)較大的影響。這種缺陷的出現(xiàn)，一般是由于零件在進(jìn)行處理的時(shí)候，沒(méi)有清潔干凈，所使用的保護(hù)氣體含有雜質(zhì)或者保護(hù)介質(zhì)存在污染物、保護(hù)的介質(zhì)密封不足等出現(xiàn)的保護(hù)缺陷。同時(shí)由于高溫放入水中的時(shí)間超過(guò)規(guī)定時(shí)間，會(huì)受到空氣中氧氣的作用，進(jìn)而造成氧化的現(xiàn)象。

氧化的補(bǔ)救對(duì)策：第一，零件需要進(jìn)行全面的清潔和處理，在具體操作前，確保零件的干凈和干燥;第二，確保使用的保護(hù)介質(zhì)不含有雜質(zhì)或污染物等;第三，在進(jìn)行入水操作中，要求在5秒內(nèi)完成，避免出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，同時(shí)還能夠獲得比較充分的a固溶體;第四，在進(jìn)行各項(xiàng)工序的時(shí)候，需要保證所用工具的干凈，并全程帶手套進(jìn)行操作，零件上存在氧化膜，在處理上可以使用化學(xué)方法或者真空加熱。

3.2 硬度缺陷及補(bǔ)救對(duì)策

鈹青銅熱處理后，硬度出現(xiàn)缺陷表現(xiàn)在硬度超標(biāo)或未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。硬度沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的原因在于：固溶或時(shí)效不夠充分。

補(bǔ)救對(duì)策：硬度沒(méi)有達(dá)標(biāo)方面，第一，固溶不充分，利用提高固溶的溫度，將淬火轉(zhuǎn)移的時(shí)間降低，冷卻介質(zhì)的溫度降低，加快零件冷卻的速度;第二，時(shí)效不充分，可以利用提升時(shí)效溫度或者是時(shí)效時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)救。硬度超標(biāo)方面，可以利用時(shí)效工藝補(bǔ)救，如果沒(méi)有答案到合格的硬度則需要重新處理。

3.3 脆斷缺陷及補(bǔ)救對(duì)策

鈹青銅熱處理后，出現(xiàn)了斷裂的情況，零件的強(qiáng)度和耐疲勞性偏低。其原因在于：在進(jìn)行固溶處理的時(shí)候，溫度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，造成晶界過(guò)溶。出現(xiàn)各種應(yīng)力集中的迭加，造成零件表層發(fā)生裂紋。原材料中化學(xué)成分不均勻、含有雜質(zhì)、氣孔等。固溶溫度和保溫時(shí)間掌握存在偏差，冷卻入水時(shí)間超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。

補(bǔ)救對(duì)策：第一，按照規(guī)定的程度和要求進(jìn)行嚴(yán)格的工藝步驟操作;第二，零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證合理，正確進(jìn)行冷、熱的加工工藝和速度，降低各種應(yīng)力;第三，對(duì)原材料進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，避免不合格原材料投入使用。

3.4 過(guò)燒缺陷及補(bǔ)救對(duì)策

鈹青銅進(jìn)行固溶熱處理的時(shí)候，加熱的溫度高于固相線，則會(huì)出現(xiàn)局部的過(guò)燒缺陷，固相線溫度是864℃，如果鈹青銅合金存在其他元素或雜質(zhì)，則其固相線溫度低于864℃。鈹青銅在固溶溫度方面，一旦出現(xiàn)失控，就會(huì)比較容易出現(xiàn)過(guò)燒的情況。

補(bǔ)救對(duì)策：因?yàn)榱慵霈F(xiàn)過(guò)燒的情況，對(duì)其性能的影響比較大，因而在進(jìn)行處理中，過(guò)燒缺陷是嚴(yán)禁出現(xiàn)的，一旦發(fā)現(xiàn)過(guò)燒的情況，零件只能進(jìn)行報(bào)廢處理，基于此，過(guò)燒缺陷是零件處理中必須要避免的缺陷。

4結(jié)束語(yǔ)

鈹青銅在經(jīng)過(guò)熱處理工藝之后，可以使得鈹青銅得到較好的性能，但是，一般情況下會(huì)出現(xiàn)不同程度的缺陷和問(wèn)題，這就需要進(jìn)行及時(shí)的補(bǔ)救，以此確保材料的質(zhì)量和使用安全。

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