铍青铜

金属材料

铍青铜是以铍作为主要合金组元的一种无锡青铜。含有1.7～2.5%铍及少量镍、铬、钛等元素，经过淬火时效处理后，强度极限可达1250～1500MPa，接近中等强度钢的水平。在淬火状态下塑性很好，可以加工成各种半成品。铍青铜具有很高的硬度、弹性极限、疲劳极限和耐磨性，还具有良好的耐蚀性、导热性和导电性，受冲击时不产生火花，广泛用作重要的弹性元件、耐磨零件和防爆工具等。常用牌号有QBe2、QBe2.5、QBe1.7、QBe1.9等。

介绍

铍青铜是以铍为主要添加元素的青铜。铍青铜的铍含量为0.2%～2%，再加入少量的（0.2%～2.0%）钴或镍第三组元。该合金可热处理强化。是理想的高导、高强弹性材料。铍青铜无磁、抗火花、耐磨损、耐腐蚀、抗疲劳和抗应力松弛。并且易于铸造和压力加工成形。铍青铜铸件的典型用途是用作塑料或玻璃的铸模、电阻焊电极、石油开采用防爆工具、海底电缆防护罩等。铍青铜加工材的典型用途是用作电子器件中的载流簧片、接插件、触点、紧固弹簧、板簧和螺旋簧、膜盒、波纹管及引线框架等。

分类

铍青铜分为两大类。依合金成分而分，铍含量为0.2%～0.6%的是高导（电、热）铍青铜；铍含量为1.6%～2.0%的是高强铍青铜。依制造成形工艺，又可分为铸造铍青铜和变形铍青铜。国际上通用的铍青铜合金牌号以C为首。变形铍青铜有C17000、C17200（高强铍青铜）和C17500（高导铍青铜）两大类。与之相对应的铸造铍青铜则有C82000、C82200（高导铸造铍铜）和C82400，C82500，C82600，C82800（高强耐磨铸造铍铜）。世界上最大的铍铜合金生产厂家为美国的Brush Wellman公司，其企业标准与国际标准对应，具有一定的权威性。中国生产铍青铜的历史几乎与前苏联、美国等国同步，但列入国家标准的牌号只有高强度铍青铜QBe1.9、QBe2.0、QBe1.7。其他高导铍青铜或铸造铍青铜，根据石油工业和国防工业发展的需求已投入规模生产。

性能

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%）。

工艺处理

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，形成面心立方晶格的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（CuBe2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（heat treatment）。如采用形变与时效综合强化的工艺则其状态以HT表示。

安全防护

铍青铜合金中所含的铍，其质量百分数为2%，但原子百分数达9.0122%。在熔炼、铸造、热处理、焊接、切削机加工等高温操作时，会形成氧化铍（BeO）。大部分氧化铍会牢固地附着在原工件表面，但在激烈运动如切削加工、抛光、焊接等操作中，细微颗粒（小于10μm）的粉尘会悬浮于空气中，操作工人若吸入过量，会导致“铍肺”职业病。因此，上述工作环境必须有完善的定向排风装置。切削加工、抛光等工序必须在有冷却液的湿润状态下进行。美国职业安全与卫生管理局（OSHA）就此规定的标准为：对铍制品操作车间及其周围环境实行定期的空气取样，对于每日工作8h的工人，其工作环境的铍含量不得超过2μg/m3。为减少铍铜带来的污染，中国和日本等近年来开发了钛及弹性与之相近，在一些工作场合，可作为铍青铜的良好代用材料。

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