铍青铜是以铍为基本合金元素的铜基合金材料,铍青铜的铍含量为0.2%~2%,再加入少量的(0.2%~2.0%)钴或第三组元,属于时效析出强化的铜基合金。材料经固溶和时效热处理后,具有高的强度、硬度和弹性极限,弹性滞后小,稳定性好。铍青铜还具有耐疲劳、耐腐蚀、耐磨、耐低温、无磁性、高导电导热性、冲击时不产生火花等优良的综合性能,被誉为“有色弹性材料之王”。
铍青铜是典型的沉淀硬化型
铜合金,在固溶处理后的软状态具有良好的冷加工成形性,能制造形状复杂的零件。且具有优异的机械性能、物理性能及化学稳定性,是一种重要的弹性材料。铍青铜可分为两大类:第一类为加工变形铍青铜,用作各种高级弹簧元件;第二类是铸造铍青铜,常常用于关键零件,在电子工业、航空航天、仪器仪表等领域都有市场。
铍青铜含有0.2%至2%的铍作为基本合金元素,并可能加入少量的钴或镍作为第三组元。这种合金经过固溶和时效热处理后,展现出高强、高硬、高弹性极限,以及良好的弹性滞后、稳定性、耐疲劳、耐腐蚀、耐磨、耐低温、无磁性、高导电导热性、冲击不产生火花等特性。
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。
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0.2%~0.6%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%)。
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760~830℃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
立方晶系的α相过饱和固溶体。随后,在320~340℃温度下保温2~3h,完成脱溶析出过程,形成γ′相(CuBe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900~950℃的高温下保温一段时间,完成固溶过程,继之在450~480℃下保温2~4h,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(1/2H)、11%的冷加工度为1/4硬态(1/4H),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。
由于铍青铜中含有铍,因此在高温操作过程中可能会产生氧化铍粉尘,对操作工人的健康构成威胁。因此,工作环境必须配备完善的定向排风装置,并且在湿润状态下进行切削加工和抛光等工序。美国职业安全与卫生管理局(OSHA)对铍制品操作车间的铍含量有严格的标准。