分級時效處理對鈹青銅彈性簧片的組織和性能影響

宋帆，耿浩，李強（陜西長嶺電氣有限責任公司，陜西 寶雞 721006）

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分級時效處理對鈹青銅彈性簧片的組織和性能影響

宋帆，耿浩，李強
（陜西長嶺電氣有限責任公司，陜西 寶雞 721006）

對鈹青銅彈性簧片進行固溶、單級時效及分級時效處理試驗，研究了分級時效對其組織和性能的影響。結(jié)果表明，經(jīng)790℃×25 m in固溶+180℃×1 h+300℃×2 h分級時效明顯優(yōu)于790℃×25 m in固溶+300℃×2 h單級時效。其硬度值穩(wěn)定且偏差小，組織均勻，晶粒細化，晶粒度約為0.015~0.020 m m。同時，其疲勞壽命循環(huán)試驗測試可連續(xù)開/關(guān)達2000 000次以上，大幅度提高鈹青銅彈性簧片的彈性極限和疲勞強度。

鈹青銅彈性簧片；分級時效處理；硬度；金相組織；疲勞壽命循環(huán)試驗

分級時效［1］是工件經(jīng)固溶處理后進行二次或多次增高溫度加熱，每次加熱后都冷到室溫的人工時效處理。研究表明，分級時效能提高鈹青銅彈性極限［2］和疲勞強度，還能減少零件變形，利于彈性元件加工。本文根據(jù)鈹青銅彈性簧片（有7°傾斜角）出現(xiàn)的疲勞斷裂問題，決定采用單級時效和分級時效兩種熱處理工藝，對比分析，分級時效對鈹青銅彈性簧片的組織和性能影響。

1 試驗材料及方法

原料使用鈹青銅帶材料QBe2 T=0.5 mm。檢測化學成分見表1。

表1 QBe2的化學成分（質(zhì)量分數(shù)，%）

簧片外形尺寸見圖1。

圖1 簧片外形尺寸示意圖

將原料加工成10 mm×10 mm試樣，固溶處理選用氨氣保護爐R J30-9，預熱后排出尾氣并點燃。到溫后將簧片與試樣包裹入爐，固溶溫度取790℃，保溫25min后快速淬入水中冷卻并清洗、烘干。 時效處理選用箱式電阻爐GY 96-102，將單級時效和分級時效的簧片和試樣分類裝入夾具，20片裝一組，碼齊上緊后隨爐升溫，保溫結(jié)束后出爐空冷。試驗方案如下：（1）單級時效：加熱180℃，保溫1 h。（2）單級時效：加熱300℃，保溫2 h。（3）分級時效：加熱180℃，保溫1 h+加熱300℃，保溫2 h。

將處理后的試樣用PMG3-613U光學顯微鏡進行金相顯微組織分析［3］，用MH-3型數(shù)字式顯微硬度計測定硬度，金相侵蝕液為5%鉻酐水溶液。 用直流低電阻測試儀TH2512A、直流表T10-A給簧片組件加0.2 A、30 V直流電壓，每分鐘斷開125次，連續(xù)開/關(guān)1 000 000次循環(huán)試驗，檢測疲勞壽命。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 金相組織和硬度測定

經(jīng)單級時效和分級時效處理的試樣金相組織見圖2，金相組織分析和硬度測定結(jié)果見表2。

圖2 不同時效處理的試樣金相組織 200×

（c）分級時效與（b）單級時效相比，組織均勻，晶粒細化，單位體積內(nèi)晶粒排列更密集，硬度值略低且偏差小。

2.2 疲勞壽命循環(huán)試驗分析

疲勞壽命循環(huán)試驗：檢查外形尺寸、偏角7°，接觸系統(tǒng)無銹蝕氧化，簧片接點不縱橫移動，接觸組絕緣擋銷在觸點彈簧孔內(nèi)自由移動，滾柱能繞自軸旋轉(zhuǎn)。

表2 金相組織分析和硬度測定結(jié)果

絕緣電阻和接觸電阻均滿足要求，接觸片之間能承受DC500V、持續(xù)1 min無擊穿現(xiàn)象。打開開關(guān)后，簧片組接觸點每分鐘彈性接觸125次，連續(xù)不間斷開/關(guān)≥1 000 000次循環(huán)試驗可滿足要求。

經(jīng)驗證在標準大氣壓下，（b）單級時效簧片組進行疲勞壽命循環(huán)試驗，連續(xù)開/關(guān)≥1 000 000次時，接觸點無損壞斷裂。連續(xù)開/關(guān)≥1 500 000次時，接觸點根部出現(xiàn)斷裂。（c）分級時效的簧片組進行疲勞壽命循環(huán)試驗，連續(xù)開/關(guān)≥1 000 000次時，接觸點無損壞斷裂。連續(xù)開/關(guān)≥1 500 000次時，接觸點無損壞斷裂。連續(xù)開/關(guān)≥2 000 000次時，接觸點無損壞斷裂?？梢姡╟）分級時效與（b）單級時效相比，連續(xù)開/關(guān)循環(huán)的試驗頻次高，疲勞壽命更長，即采用分級時效可大幅度提高鈹青銅簧片的彈性極限和疲勞強度。

3 結(jié)論

（1）鈹青銅彈性簧片經(jīng)分級時效處理后，硬度值為Hv0.2：321~323，穩(wěn)定且偏差小。（2）鈹青銅彈性簧片經(jīng)分級時效處理后，組織均勻，晶粒細化，單位體積內(nèi)晶粒排列更密集，晶粒為等軸狀，平均晶粒度約為0.015~0.020 mm。（3）鈹青銅彈性簧片經(jīng)分級時效處理后，可達到疲勞壽命循環(huán)試驗連續(xù)開/關(guān)≥2 000 000次，大幅度提高彈性極限和疲勞強度。

[1] 中國機械工程學會熱處理學會. 熱處理手冊第4版，2013.7:452~455.

[2] 支道光.機械零件材料與熱處理工藝選擇，2007.12:181~183.

[3] 樊東黎，徐躍明，佟曉輝.熱處理工程師手冊第3版，2011.2:358~363.

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