宋帆，耿浩，李強(qiáng)（陜西長(zhǎng)嶺電氣有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721006）

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分級(jí)時(shí)效處理對(duì)鈹青銅彈性簧片的組織和性能影響

宋帆，耿浩，李強(qiáng)
（陜西長(zhǎng)嶺電氣有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721006）

對(duì)鈹青銅彈性簧片進(jìn)行固溶、單級(jí)時(shí)效及分級(jí)時(shí)效處理試驗(yàn)，研究了分級(jí)時(shí)效對(duì)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(jí)時(shí)效明顯優(yōu)于790℃×25 m in固溶+300℃×2 h單級(jí)時(shí)效。其硬度值穩(wěn)定且偏差小，組織均勻，晶粒細(xì)化，晶粒度約為0.015~0.020 m m。同時(shí)，其疲勞壽命循環(huán)試驗(yàn)測(cè)試可連續(xù)開(kāi)/關(guān)達(dá)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(qiáng)度。

鈹青銅彈性簧片；分級(jí)時(shí)效處理；硬度；金相組織；疲勞壽命循環(huán)試驗(yàn)

分級(jí)時(shí)效［1］是工件經(jīng)固溶處理后進(jìn)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(shí)效處理。研究表明，分級(jí)時(shí)效能提高鈹青銅彈性極限［2］和疲勞強(qiáng)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(wèn)題，決定采用單級(jí)時(shí)效和分級(jí)時(shí)效兩種熱處理工藝，對(duì)比分析，分級(jí)時(shí)效對(duì)鈹青銅彈性簧片的組織和性能影響。

1 試驗(yàn)材料及方法

原料使用鈹青銅帶材料QBe2 T=0.5 mm。檢測(cè)化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 QBe2的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

簧片外形尺寸見(jiàn)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(hù)爐R J30-9，預(yù)熱后排出尾氣并點(diǎn)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(shí)效處理選用箱式電阻爐GY 96-102，將單級(jí)時(shí)效和分級(jí)時(shí)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(yàn)方案如下：（1）單級(jí)時(shí)效：加熱180℃，保溫1 h。（2）單級(jí)時(shí)效：加熱300℃，保溫2 h。（3）分級(jí)時(shí)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(xué)顯微鏡進(jìn)行金相顯微組織分析［3］，用MH-3型數(shù)字式顯微硬度計(jì)測(cè)定硬度，金相侵蝕液為5%鉻酐水溶液。 用直流低電阻測(cè)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(kāi)125次，連續(xù)開(kāi)/關(guān)1 000 000次循環(huán)試驗(yàn)，檢測(cè)疲勞壽命。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 金相組織和硬度測(cè)定

經(jīng)單級(jí)時(shí)效和分級(jí)時(shí)效處理的試樣金相組織見(jiàn)圖2，金相組織分析和硬度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

圖2 不同時(shí)效處理的試樣金相組織 200×

（c）分級(jí)時(shí)效與（b）單級(jí)時(shí)效相比，組織均勻，晶粒細(xì)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(yàn)分析

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

表2 金相組織分析和硬度測(cè)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(wú)擊穿現(xiàn)象。打開(kāi)開(kāi)關(guān)后，簧片組接觸點(diǎn)每分鐘彈性接觸125次，連續(xù)不間斷開(kāi)/關(guān)≥1 000 000次循環(huán)試驗(yàn)可滿足要求。

經(jīng)驗(yàn)證在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，（b）單級(jí)時(shí)效簧片組進(jìn)行疲勞壽命循環(huán)試驗(yàn)，連續(xù)開(kāi)/關(guān)≥1 000 000次時(shí)，接觸點(diǎn)無(wú)損壞斷裂。連續(xù)開(kāi)/關(guān)≥1 500 000次時(shí)，接觸點(diǎn)根部出現(xiàn)斷裂。（c）分級(jí)時(shí)效的簧片組進(jìn)行疲勞壽命循環(huán)試驗(yàn)，連續(xù)開(kāi)/關(guān)≥1 000 000次時(shí)，接觸點(diǎn)無(wú)損壞斷裂。連續(xù)開(kāi)/關(guān)≥1 500 000次時(shí)，接觸點(diǎn)無(wú)損壞斷裂。連續(xù)開(kāi)/關(guān)≥2 000 000次時(shí)，接觸點(diǎn)無(wú)損壞斷裂?？梢?jiàn)，（c）分級(jí)時(shí)效與（b）單級(jí)時(shí)效相比，連續(xù)開(kāi)/關(guān)循環(huán)的試驗(yàn)頻次高，疲勞壽命更長(zhǎng)，即采用分級(jí)時(shí)效可大幅度提高鈹青銅簧片的彈性極限和疲勞強(qiáng)度。

3 結(jié)論

（1）鈹青銅彈性簧片經(jīng)分級(jí)時(shí)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(jí)時(shí)效處理后，組織均勻，晶粒細(xì)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(jí)時(shí)效處理后，可達(dá)到疲勞壽命循環(huán)試驗(yàn)連續(xù)開(kāi)/關(guān)≥2 000 000次，大幅度提高彈性極限和疲勞強(qiáng)度。

[1] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì). 熱處理手冊(cè)第4版，2013.7:452~455.

[2] 支道光.機(jī)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(cè)第3版，2011.2:358~363.

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