分级时效处理对铍青铜弹性簧片的组织和性能影响

宋帆，耿浩，李强（陕西长岭电气有限责任公司，陕西 宝鸡 721006）



分级时效处理对铍青铜弹性簧片的组织和性能影响

宋帆，耿浩，李强
（陕西长岭电气有限责任公司，陕西 宝鸡 721006）

对铍青铜弹性簧片进行固溶、单级时效及分级时效处理试验，研究了分级时效对其组织和性能的影响。结果表明，经790℃×25 m in固溶+180℃×1 h+300℃×2 h分级时效明显优于790℃×25 m in固溶+300℃×2 h单级时效。其硬度值稳定且偏差小，组织均匀，晶粒细化，晶粒度约为0.015~0.020 m m。同时，其疲劳寿命循环试验测试可连续开/关达2000 000次以上，大幅度提高铍青铜弹性簧片的弹性极限和疲劳强度。

铍青铜弹性簧片；分级时效处理；硬度；金相组织；疲劳寿命循环试验

分级时效［1］是工件经固溶处理后进行二次或多次增高温度加热，每次加热后都冷到室温的人工时效处理。研究表明，分级时效能提高铍青铜弹性极限［2］和疲劳强度，还能减少零件变形，利于弹性元件加工。本文根据铍青铜弹性簧片（有7°倾斜角）出现的疲劳断裂问题，决定采用单级时效和分级时效两种热处理工艺，对比分析，分级时效对铍青铜弹性簧片的组织和性能影响。

1 试验材料及方法

原料使用铍青铜带材料QBe2 T=0.5 mm。检测化学成分见表1。

表1 QBe2的化学成分（质量分数，%）

簧片外形尺寸见图1。

图1 簧片外形尺寸示意图

将原料加工成10 mm×10 mm试样，固溶处理选用氨气保护炉R J30-9，预热后排出尾气并点燃。到温后将簧片与试样包裹入炉，固溶温度取790℃，保温25min后快速淬入水中冷却并清洗、烘干。 时效处理选用箱式电阻炉GY 96-102，将单级时效和分级时效的簧片和试样分类装入夹具，20片装一组，码齐上紧后随炉升温，保温结束后出炉空冷。试验方案如下：（1）单级时效：加热180℃，保温1 h。（2）单级时效：加热300℃，保温2 h。（3）分级时效：加热180℃，保温1 h+加热300℃，保温2 h。

将处理后的试样用PMG3-613U光学显微镜进行金相显微组织分析［3］，用MH-3型数字式显微硬度计测定硬度，金相侵蚀液为5%铬酐水溶液。 用直流低电阻测试仪TH2512A、直流表T10-A给簧片组件加0.2 A、30 V直流电压，每分钟断开125次，连续开/关1 000 000次循环试验，检测疲劳寿命。

2 试验结果与分析

2.1 金相组织和硬度测定

经单级时效和分级时效处理的试样金相组织见图2，金相组织分析和硬度测定结果见表2。

图2 不同时效处理的试样金相组织 200×

（c）分级时效与（b）单级时效相比，组织均匀，晶粒细化，单位体积内晶粒排列更密集，硬度值略低且偏差小。

2.2 疲劳寿命循环试验分析

疲劳寿命循环试验：检查外形尺寸、偏角7°，接触系统无锈蚀氧化，簧片接点不纵横移动，接触组绝缘挡销在触点弹簧孔内自由移动，滚柱能绕自轴旋转。

表2 金相组织分析和硬度测定结果

绝缘电阻和接触电阻均满足要求，接触片之间能承受DC500V、持续1 min无击穿现象。打开开关后，簧片组接触点每分钟弹性接触125次，连续不间断开/关≥1 000 000次循环试验可满足要求。

经验证在标准大气压下，（b）单级时效簧片组进行疲劳寿命循环试验，连续开/关≥1 000 000次时，接触点无损坏断裂。连续开/关≥1 500 000次时，接触点根部出现断裂。（c）分级时效的簧片组进行疲劳寿命循环试验，连续开/关≥1 000 000次时，接触点无损坏断裂。连续开/关≥1 500 000次时，接触点无损坏断裂。连续开/关≥2 000 000次时，接触点无损坏断裂。可见，（c）分级时效与（b）单级时效相比，连续开/关循环的试验频次高，疲劳寿命更长，即采用分级时效可大幅度提高铍青铜簧片的弹性极限和疲劳强度。

3 结论

（1）铍青铜弹性簧片经分级时效处理后，硬度值为Hv0.2：321~323，稳定且偏差小。（2）铍青铜弹性簧片经分级时效处理后，组织均匀，晶粒细化，单位体积内晶粒排列更密集，晶粒为等轴状，平均晶粒度约为0.015~0.020 mm。（3）铍青铜弹性簧片经分级时效处理后，可达到疲劳寿命循环试验连续开/关≥2 000 000次，大幅度提高弹性极限和疲劳强度。

[1] 中国机械工程学会热处理学会. 热处理手册第4版，2013.7:452~455.

[2] 支道光.机械零件材料与热处理工艺选择，2007.12:181~183.

[3] 樊东黎，徐跃明，佟晓辉.热处理工程师手册第3版，2011.2:358~363.

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