高傳導鈹銅的固溶工藝研究

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家重點實驗室，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，再進行時效處理產生沉淀硬化，可使其具有良好的綜合機械性能和彈性。高傳導鈹銅含鈹量較低屬于低鈹材料，是一種沉淀硬化型材料，由于其生產成本低并且具有良好的成型性而廣泛應用于各類接插件、汽車零部件、手機、電腦等精密儀器[1]。

鈹青銅固溶后必須經過時效處理才能獲得最佳化學、物理及組織性能。本文主要對高傳導低鈹銅合金在相同溫度、不同時間條件下進行固溶，并且對固溶后的材料施加0%~60%加工率后進行480℃×3h的時效處理，通過力學性能來驗證固溶效果，為工業化生產提供指導意義[2]。

1 材料選擇

（1）高傳導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高傳導鈹銅化學成分與本次試驗材料的化學成分對比見表1。

表1 NGK高傳導鈹銅與本次試驗材料的化學成分對比（%）

（2）實驗用料的選擇。為了避免二次退火對實驗數據的影響，選擇未退火的材料進行實驗，保證實驗的準確性。物料使用厚度為0.4mm軋制態的材料進行實驗。

2 工藝選擇

2.1 固溶工藝的選擇

淬火溫度的選擇應該考慮到鈹的充分溶解，以便獲得過飽和的α固溶體，使隨后的時效有足夠的強化相析出，從而達到高的力學性能。但是，過高的淬火加熱溫度會引起α相晶粒的長大，甚至晶界局部燒熔而產生過熱及過燒現象，使性能急劇變壞。

因此，淬火加熱溫度的選擇，應當是在不影響晶粒長大的前提下，選擇盡可能高的淬火加熱溫度以達到時效后獲得高強度的目的。生產實踐明性能的優劣成敗的關鍵往往是淬火加熱溫度的選擇和控制。根據C17510和C17530的相圖可以看出，低鈹銅的固溶溫度在900℃~960℃之間，時效硬化溫度在420℃~530℃之間。所以在這一溫度區間內進行選擇。

固溶溫度選擇900℃，時間選擇2分鐘，5分鐘，8分鐘共三個時間點，本次實驗淬火爐選用的是箱式爐。裝爐要求：溫度升到900℃穩定后裝爐，裝爐后溫度穩定到900℃后計時，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，固溶效果可以通過時效性能以及施加不同加工率的冷加工后的時效性能來體現，為了數據的可靠性，選擇對材料進行不實驗，然后再進行時效處理，加工率選擇在0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%共七個加工率進行研究[3,4]。

2.3 時效工藝選擇

對固溶處理(軟態)和固溶處理后冷加工(硬態)的低鈹銅進行時效處理的主要目的是產生沉淀硬化。為了研究材料固溶效果，減少后續熱處理對固溶效果的影響，時效工藝統一選用480℃ ×3h。

3 試驗結果及分析

（1）不同固溶條件下對材料力學性能的影響見圖1。

高傳導低鈹銅在900℃的溫度下，經不同時間固溶，在480℃×3h軟態時效和軋制10%~60%加工率的硬態下時效后的硬度、抗拉強度、屈服強度、延伸率進行了測定。它們在不同固溶條件下的變化曲線如圖1所示。

可見，時效前的冷變形可使合金進一步強化但冷變形合金的時效過程比較復雜，除過飽和固溶體的脫溶之外還伴隨著合金的回復和再結晶。合金的硬度、強度先是隨固溶時間的延長而顯著升高，冷變形使強度提高。變形量越大，強度越高，在固溶后40%的變形量達到峰值，然后隨變形量的升高而逐漸下降。而延伸率隨固溶時間的延長，呈降低的趨勢，這是由于時效過程中第二相析出產生沉淀硬化，使強度、硬度升高，同時固溶體中過飽和程度先升高后下降使延伸率降低。

圖1 不同固溶條件下對材料力學性能的影響

圖2 三組固溶工藝條件下及軟時效后對低鈹銅帶材晶粒的影響

（2）不同固溶條件下金相、以及軟時效后的金相見圖2。

通過金相對比可以看出，隨著固溶保溫時間延長，晶粒會長大，但是保溫時間短，析出物又不能充分固溶，所以改進晶粒度的方法應該是在合適的溫度，適當的保溫時間下，材料的晶粒既無法過分長大，又使得析出物充分固溶。

4 結論

（1）科學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，又能得到細小晶粒。適當的保溫時間，可確保富鈹相充分固溶，并避免晶粒長大。若保溫時間太短，Be未充分固溶到固溶體中，達不到強化效果；若保溫時間太長，會促使晶粒粗化，降低合金的力學性能，增加脆性。

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