铍青铜弹性元件热处理工艺及技术要求

文 / 轻工业钟表研究所 侯国平 闵祖棠

铍青铜弹性元件热处理工艺及技术要求

文 / 轻工业钟表研究所 侯国平 闵祖棠

铍青铜用于高性能弹性元件，广泛应用在仪器仪表和军工产品领域。某型号引信产品中的触点簧零件就是实现点火功能的重要件，采用铍青铜QBe2。它必须有高的弹性，在产品工作行程状态下，不发生塑性变形；满足苛刻的环境试验条件 抗振动、抗冲击；以及低接触电阻，具有良好的导电性能等等。因此必须对触点簧明确技术要求，即量化的硬度值，并通过热处理工艺达到技术要求，实现生产过程全控制。

本文通过故障实例、机理分析、工艺试验和性能测试，确定了铍青铜触点簧的最佳热处理工艺及相应技术要求。

铍青铜 触点簧 工艺 硬度

故障实例和故障定位

2017年6月某型号引信产品实弹打靶时，出现多发哑弹，经过详尽的故障树分析，确认该批产品的故障问题定位是触点簧（图1）零件硬度偏低、弹性小。

图1：触点簧零件QBe2，厚度0.15mm

1. 对多批次该产品的触点零件测试硬度 结果见表1.1

表1.1 ： 不同批次触点簧零件硬度测试值

从测试数据可见，未出现故障的2015、2013批次产品触点簧硬度全部在HV300以上，而出现故障的2017年批次产品的触点簧硬度有的出现在HV300以下。

2. 触点簧接触压力测试 结果见表1.2

表1.2：不同批次触点簧零件接触压力测试值

从测试数据可见，未出现故障的2015批次触点簧一端位移0.5mm接触压力高，而出现故障的2017年批次产品的触点簧一端位移1mm接触压力低，前者比后者高近4.4倍。

3. 接触电阻测试 结果见表1.3和表1.4

表1.3：2017年批次产品冲击试验前后接触电阻测试

表1.4：2017年批次产品振动试验前后接触电阻测试

从测试数据可见，2017年批次产品经冲击试验和振动试验后，出现接电片与触点簧断开的现象。这是因为触点簧硬度低，在冲击或振动试验中额外受力发生塑性变形，脱离原与接电片的搭接状态。这将使引信触发电路断开，雷管加不上电，造成熄火哑弹。

4. 产品图纸无明确技术要求

再追索到该产品图纸，触点簧零件图显示：原材料QBe2；技术要求：时效弹性处理。未明确硬度要求量化范围。造成零件生产和检验过程不能监控，因此无零件检验合格入库记录。

固溶处理是软化铍青铜，处理后HV100左右，可进行加工成型。

机理分析——铍青铜状态、处理工艺对性能影响

1. 铍青铜有各种不同状态

·冷加工状态（Y）——QBe2Y

一般指供货状态，是冷拉或冷轧状态，根据冷变形情况可分为半硬（Y／2） 和（Y）等。即其硬度与冷变形量有关。

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·固溶温度对铍青铜硬度的影响 见图2.1

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铍是铍青铜中主要的强化元素，将铍青铜加热到780～810℃，使铍元素全部溶入铜的 α 固溶体，再通过快冷，使其来不及转变，保留过饱和固溶状态到室温。达到软化目的，硬度值最低，便于加工成型。

·时效状态(S)

时效即回火状态，通过300～320℃回火，使过饱和α- 固溶体中，析出弥散分布的γ相，实现强化的过程，硬度升高。

（1）固溶时效(CS)——QBe2CS

即铍表铜固溶后经过时效强化，其硬度提高，其硬度高低与固溶工艺有关。

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时效时间应保温90分钟以上。时效温度在320～330℃时，弹性模量最高。

即铍青铜冷加工硬化后，经过时效强化，比如铍青铜触点簧零件形状简单(片状或棒状)，不需经过固溶软化后成型加工，可以直接时效强化，这种状态硬度最高。

尹成杰则强调，“我们要以乡村振兴战略为指导，围绕‘五个振兴，三个全面’进行改革创新，勇于探索，建立现代化的农业服务产业体系，为乡村的全面振兴提供有力的服务支撑。”

基于辽西土壤水分特性及地下水动态变化试验探析…………………………………………………………高 翔（4.31）

对于铍青铜零件，硬度HV是表征其力学性能的主要指标。

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固溶温度不宜过高，一般采用780～800℃。超过800℃，会造成α固溶体晶粒粗大，经时效后，硬度会有所降低。

表2.1：不同状态铍青铜的力学性能（参考值）

表2.1说明铍青铜硬度与其状态和热处理有关，其硬度，从≤HV100到≥HV400，需根据零件不同用途确定硬度要求。

2. 铍青铜不同热处理工艺及性能

·固溶状态(C)——QBe2C

综上所述，因为触点簧硬度偏低，所以当引信产品经受冲击和振动时，触点簧接触压力太小，接触电阻增大或断开，触发电路不通，雷管加不上电，导致出现哑弹。

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·固溶温度对铍青铜时效硬化的影响 见图2.2

·不同状态铍青铜硬度 见表2.1

图2.1：固溶温度与硬度关系

图2.2：固溶温度与时效硬化关系

·时效温度与硬度的关系 见图2.3

时效温度在310～320℃时，强化硬度最高，见表2.2。

表2.2 QBe2经不同温度时效后硬度测试值

·时效温度、时间与弹性模量的关系 见图2.4

（2）冷加工时效(CYS)——QBe2CYS

图2.3：时效温度与硬度关系

图2.4：时效温度和时间与弹性模量关系

3. 试验分析结果

上述对铍青铜各种状态及热处理工艺对性能影响的分析，通过长期生产实践，可以得出以下结论：铍青铜经过固溶时效，不同的工艺参数会得到不同的硬度和性能。铍青铜在HV300以下，硬度偏低，弹性不足，塑性有余。硬度在HV400以上，容易脆断。对于形状复杂，有90°打弯的薄壁零件，建议采用HV350±30。此外，考虑与铍青铜零件配对使用的另一个零件材料和性能，例如表1.3和表1.4中的接电片零件是黄铜Hpb59-1，硬度偏低HV180，则可以采用HV330±30。

技术要求、工艺及验证

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2. 热处理工艺

固溶温度790℃±2℃，加热时间数分钟（＜3分），水冷；

1. 产品触点簧零件图纸明确技术要求为：时效处理HV350±30。

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时效温度300℃，保温时间2小时，空冷。

3. 热处理设备

时效处理应在保护气氛（氨分解）或真空炉中进行，避免零件氧化。炉温仪表采用PTD数字智能仪表，控温精度±2℃。

郝桂芹匆匆洗漱一下,就拿起遥控器,找她每日必看的韩剧了。卢一平打开文档,准备接着炮制那个不娱他人只娱自己的小中篇了。这段时间,由于事杂心乱,这篇东西在手头儿已经搁置多日了。卢一平打算连开几个夜车,一口气把它整出来算了。整一会儿,没整出什么名堂。卢一平觉得今晚的心绪特乱,乱得就像乌鱼触脚一样,无法收拢。他扶着健盘,试图着梳理一下思绪。梳一会儿,没梳出什么名堂。总感到心里头有股暗流,在无法按捺地往来涌动。这种涌动,不受节制,不受调理,无羁无绊,无止无歇。带给他的,是心浮气躁,是思绪烦乱。卢一平叹口气,点燃一支烟,感到今晚很难再有好的状态了。于是,他推开键盘,走出书房,来到阳台了。

4. 零件硬度检验

采用载荷500克以下的维氏硬度计或显微硬度计，达到技术要求，合格入库。

5. 验证

铍青铜触点簧经重投生产，达到技术要求后，重新装机。产品通过环境试验——冲击试验、飞行振动试验和实弹试验，并通过归零评审和军方验收。

6. 举一反三

以上对铍青铜触点簧技术要求和热处理措施，同样可以应用在其它铍青铜弹性元件上。从以往长期生产实践中，铍青铜硬度太高（HV400）易发生脆断，尤其是在零件打弯和截面变化部位。硬度太低（HV300以下），弹性不足。形状简单零件，可采用偏上硬度，形状复杂或较薄较小的零件，可选用偏低硬度。

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结论

1. 铍青铜触点簧技术要求，明确时效处理HV350±30，合理可靠，措施有效，故障归零.

2. 该量化的技术要求同样可扩展应用于其它铍青铜弹性元件。

［1］ 《有色金属工程大典》，中国材料工程大典第四卷，化学工业出版社，2006年1月。

［2］ 郭宝莲，《手表零件材料及热处理》，轻工业出版社，1982年12月。