【doc】铍铜弹性针热处理工艺研究

【doc】铍铜弹性针热处理工艺研究 铍铜弹性针热处理工艺研究 第4期 2004年12月 机电元件 CALCO?'oNENTS Vo1.24N仉4 DeG2OO4 铍铜弹性针热处理工艺研究 蓝玉荣 (贵州航天电器股份有限公司,贵州遵义563006) 摘要:对进口材料C17200铍铜合金线材绕制成弹性针后.针头在时效处理前,后的性能进行了对比,通过 试验 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,摸索弹性针的热处理工艺,找出弹性针性能不稳定的原因;提出对.2?0.01ram的针头用280? 10~C,保温2h处理,对大于或等于4,0.4mm的其余几种针头都用300?10~C,保温2.5h处理,从而解决了弹性 针性能不稳定的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 . 关键词:铍铜;弹性针;热处理;工艺 中图分类号:TMS03.5文献标识码:A文章编号:1000—6133(2004)04一oo34一o4 1概述 铍青铜是一种优质的弹性材料,具有高的强 度,硬度和弹性,以及耐磨,耐蚀,耐寒,无磁 性,导电导热性好,冲击无火花等优异性能,因而 被广泛用于仪器仪表工业,电子电器工业.近年 来,随着电子工业,尤其是半导体集成电路的发 展,更需要用铍青铜制作各种各样高性能的弹性元 件,如我们公司生产的各种规格的电连接器上所使 用的弹性针,锁紧环,撑簧圈等零件都是用铍青铜 材料加工制造的.铍青铜是一种典型的沉淀硬化型 合金,固溶处理后具有良好的冷加工成形性,可加 工成各种形状复杂的零件,而且在随后的时效处理 过程中又能发生强烈的沉淀硬化,从而使硬度和耐 磨性等性能得到很大的提高.然而.铍青铜的许多 优良性能只能通过适当的热处理才能获得.按照以 前老的工序流程生产加工的弹性针,性能不稳定, 其原因就是未通过适当的热处理.本文的研究目的 就是通过试验,找到一个最佳的适合弹性针的时效 处理工艺,以提高弹性针性能的稳定性. 2试验过程及方法 电连接器上使用的弹性针是用铍铜线绕制而成, 而铍铜线材是以拉制方法制造的.以往 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 人员并 未考虑要进行热处理(时效硬化),而是认为用进 口铍铜线来加工制造就能满足性能要求.下面我们 来比较一下进口铍铜线与国产的铍青铜线有何差异. 2.1试验用材料及其主要设备 我们所使用的铍铜线是采用进口的C17200原 材料,其化学成分见表l.目前所用线径有 4,0.038mm,4,0.06ram,.07mm,.09ram, 4,0.12mm,4,0.15mm,4,0.20mm等.此材料相当 于国产QBe2牌号的材料,国产QBe2牌号的化学 成分见表2. 表1铍铜C17200化学成分(质量分数,%) BeNi+CoNi"t-Co+FeCu"t-Be"i-Ni"t-Co+Fe 1.8O一2.0o?O.2O?O.60?99.5 收稿日期:2004—02—20 第4期蓝玉荣:铍铜弹性针热处理工艺研究 表2铍青铜QBe2,化学成分(质量分数.%) BeNiA1FePbSiCu杂质总和 1.8O,2.1OO.2O,O.5O?O.15?O.15?O.o05?O.15余量?O.50 从表中可以看出,进口铍铜的主要元素中加入 了钴元素,而国产的QBe2材料中只含镍不含钴. 钴和镍在周期表上处于相邻的位置,化学性质很相 近.实验表明,它们在铍青铜中的作用和效果基本 上一样,能降低铍在固态铜中的溶解度,能抑制相 变过程,延缓淬火及时效过程中过饱和固溶体的分 解,还有细化固溶体晶粒的作用.考虑到钴为较 稀缺元素,价格比镍大约高3倍,因此,我国 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 牌号的铍青铜,规定含镍而不含钴.另外,国产原 材料由于受冶炼技术的限制,常含有一定的m,Si, Pb,Fe等杂质元素,这些杂质元素固溶人铜时,影 响一般不大.若杂质元素与铜形成低熔点共晶,则 会产生"热脆",即金属在共晶体熔点以上温度时 变形容易开裂;若杂质元素与铜形成的脆性化合物 分布于晶界,则会产生"冷脆",即金属冷变形时 容易断裂.除此之外,从原材料供货方面考虑,进 口材料与国产材料相比,在原材料供应状态相同的 情况下,硬度,抗拉强度是基本相同的.但国产原 材料在生产加工过程中容易产生脆断,这可能与原 材料中含有过多的杂质元素有关,即容易产生"冷 脆"现象.另一方面,国产材料无1/4硬态供应, 而我们的弹性针针头是选用1/4硬态线材绕制的, 所以最后选用进口C17200线材.试验中采用自制简 易真空炉进行时效处理,真空度达0.092MPa;采用 631显微硬度计测定显微硬度;采用自制扳弯夹具 检测弯曲次数(脆性检测). 2.2试验工艺 铍青铜在常温时的组织为+.是铍溶于 铜中的固溶体,常温时溶铍量为0.2%,随温度的 升高溶铍量增大;相是CuBe化合物为基的固溶 体.根据Cu—Be合金状态图,在864'12时铍在铜中 的极限溶解度为2.7%,由于其他添加元素的性质 和其在铍青铜中的作用,使得铍的极限溶解度降至 2.1%.这个溶解度更接近于我们现在使用的铍青 铜合金的真实情况.从表l,表2中可以看到,国 产和进口铍铜合金中铍的含量均不大于2.1%,其 它各国生产的铍青铜也是如此.铍青铜淬火时,把 合金加热到相变温度以上,使铍最大限度地溶于 相中,此时相相对减少.在淬火冷却后得到均 匀的过饱和固溶体.我们所选用的C17200铍铜线 材在供货时已是淬火状态,只要供货时的淬火组织 及力学性能符合要求,那么时效处理就是热处理的 关键工艺. 淬火后得到的过饱和固熔体在常温下是一 种不稳定组织,要想达到平衡或稳定组织,则必须 经过时效处理.以前我们生产的弹性针只靠原材料 本身在拉制时产生的冷作硬化的硬度是不够的,针 头在使用过程中很容易磨损,且组织性能不稳定, 因此必须经时效硬化处理来平衡组织,提高材料的 强度,硬度,耐磨性等.时效过程是固溶体的脱溶 过程,它随温度的变化而变化.当铍青铜合金加热 到一定温度时,固溶体中的铍原子向某一区域移 动和聚集,聚集区域与基体完全共格.合金的时效 强化效果与聚集颗粒的大小有关,但颗粒大小全靠 时效温度来控制.时效工艺的制定首先要保证满足 产品的性能要求,对弹性元件的时效应根据具体情 况选择时效温度.根据资料介绍,铍青铜线材硬化 处理温度在315?15~C,按材料状态不同,保温不 同的时间.而我们的材料供应状态是相同的,所不 同的是处理温度,要按不同弹性针针头的尺寸来制 定不同的工艺 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 .经过工艺试验发现,处理温度 不同,弹性针针头的硬度及反复扳弯次数有所不 同,弹性针针头的变形量与插拔次数也不相同,具 体数据见表3,表4. 从表3,表4中我们发现,随着处理温度的提 高,硬度不断上升,而扳弯次数在下降.同时针头 胖度的变形量在减小.这就证实我们前面所述,合 金的时效强化是随温度的升高而不断变化的,当时 效温度超过某一极限值时,聚集颗粒长得很大,材 料很容易引起脆断.通过装配调试证实,用 机电元件2004年 300~C,保温2.5h后空冷处理的效果比其他工艺处理的效果要好. 表3时效温度与性能的关系 处理温度/?硬度/HV扳弯次数/次备注 26o330,306,336,340,320,30920,l8,l4,l6,l8 280346,350,356,358,350,348l4,l6,l6,l5,l4处理温度不同,保温 时间相同(2.5h), 30o366,364,370,381,384,36011,14,12,14,16冷却方法相同. 32O381,390,398,378,401,39311,8,10,7,6 注:?此批试验零件为咖o.o7/~o.12mm线材绕制的似4乎?mm针头; ?自制的扳弯夹具,脚.4mm,反复180.扳弯,扳弯次数以一根线材断裂为准; ?硬度试验所用试样的制作:将针头垂直立起,用剪刀剪去激光点焊的头部镶嵌. 表4弹性针处理温度与插拨次数及变形量的关系 260?,2h空冷300?.2h空冷 插拔次数/次针头胖度/mm变形量/mm插拔次数/次针头胖度/HI?I变形量/nlln O640O以720O 3562O.O235加.720O 6062O.02l0o加.720O 80以61O.O325O以720O 1oo撒61O.o3296以7150.oo5 20o61O.0345O击0.715O.0o5 50o.6lO.O35l8715O.0o5 通过多次的摸索试验,对其余规格的针头也有 了一定的了解.根据以往处理的经验,铍铜线材硬 化处理的温度在280?,300?范围内.由于.2 ?0.Olnun的弹性针是由4,o.038mrn/t/~0.06lnnl的 线材绕制而成的,线材太细,如果用较高的温度处 理,很容易引起弹性针硬度过高而脆断;处理温度 太低又怕起不到硬化效果.而且由于.2? 0.01mm的弹性针太细,不好打显微硬度,只能用 扳弯夹具来检测针头的软硬.通过多次试验验证, 最后采用280?10?,保温2h处理,经装配调试 证实效果比较理想.而.5一+0.03inln和..一 inln的弹性针针头比前两种针头都粗些,经不同的 温度试验处理后,最后还是证实用300~(2,保温 2.5h后空冷处理的效果比其他的工艺处理效果要 好.具体结果见表5. 表5针头规格大小与性能的关系 针头规格/mm硬度/HV扳弯次备注 .5一 + n 0.1 o D l381,366,371,373,36612,l5,14,15,l2300"(2 .保温2.5h后 空冷.一 一 &矾373.381,366,366,364lO,l4,13.l3,l5 从表5中可以看到,.5一+....0.03mm和..一 mill的针头经时效(硬化)处理后,硬度及反复扳 弯次数与.4.0.03mln针头相比,性能指标相差不 大,几乎是相同的. 3试验结果与分析 经过一年多的摸索及正式生产,到目前为止大 约处理了100多个批次,4种规格约1581485根弹 第4期蓝玉荣:铍铜弹性针热处理工艺研究 性针.C17200铍铜线材用作弹性元件时必须进行 时效处理.从表6,表7中可以看出时效处理前, 后的性能变化.未经时效处理的针头的显微硬度比 较低,而且组织性能不稳定,针头在插拔时容易磨 损,尺寸会变小;经时效处理后显微硬度明显提 高,与未经时效处理相比,硬度提高约70%,且 弹性针针头性能稳定可靠,不易磨损.按产品标 准,要求插拔500次无磨损,我们插拔1000次后, 针头胖度尺寸仍完好无损,完全满足产品性能要 求. 表6弹性针处理前,后性能试验结果 针头规格/tara时效前硬度/HV时效前弯曲次数/次时效后硬度/H~时效后弯曲次数 /次 ?.4216,210,226,222,21634,36,29,31,28366,381,360,373,36617,14,15,16,14 ?.5226,216,213,229,21029,34,31,3O.28381,385,371,373,36612,15.14,15.12 ?.7213,217,226,229,21733,27,25,26,25366,371,381,385,37312,15,1O,15,1O 注:表6中的弹性针针头均用300?10~C.保温2.5h后空冷处理. 表7弹性针处理前,后插拔次数与变形量的关系 未时效时效后 插拔次数/次针头胖度/ITIIn变形量/mm插拔次数/次针头胖度/mm变形量/m O?.66OO?.66O? , 10?.66O10?.66O 20631oo66O 有明显变化.因测 量不准.无法继续5oo?.66O 测量. 1O0o?.66O 注:?表7中的弹性针针头用300?10~C,保温2.5h后空冷处理; ?针头规格为.4ooo3mm,用标准孔插拔,分离力为0.8N. 对弹性针的处理工艺,我们已做了多次摸索试 验,确定了工艺规范.对.2?0.01mm的针头用 280?10?,保温2h处理;对大于或等于.4mm 的其余几种针头都用300?10~C,保温2.5h处理. 大于或等于.4mm的针头经时效(硬化)处理 后的显微硬度在345,385HV之间,此硬度也符合 C17200线材时效后所规定的硬度;反复折弯次数 Nb?7次.经时效(硬化)处理后的针头,经装 配调试后性能稳定,达到预期效果.此项工艺规范 现已纳人到正规的工艺文件中,并已取得良好效 果. 4结论 (1)C17200铍铜线材是适合于热处理的合金, 经时效处理后可以显着提高合金的机械性能,有很 好的弹性,耐磨性等. (2)除.2?0.01mm的针头用280?10?, 保温2h后空冷处理外,对大于或等于.4mm的 几种针头都用300?10~C,保温2.5h后空冷处理. (3)经以上工艺处理后,针头的平均硬度达 到370HV,与未经时效处理相比,硬度提高约 70%. (4)经装配调试及寿命试验后,弹性针针头 性能稳定可靠,不易磨损,符合产品的技术条件要 求,满足了产品性能的需要. 参考文献: [1]周善佑.铍青铜的热处理[J].金属热处理.1981. [2]<有色金属及其热处理)编写组.有色金属及其热处 理[M].北京:国防工业出版社,1981. [3]GB/T3134—82,铍青铜线[S].