CN104745990A - 一种解决铍青铜零件真空时效达不到设计硬度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种解决铍青铜零件真空时效达不到设计硬度的方法。该方法是将铍青铜零件（1）悬空固定在夹具（2）上，然后直接将夹具摆放在真空炉炉膛内的料架（3）上，或先将夹具摆放在料盘（4）上然后再摆放在真空炉炉膛内的料架（5）上关闭炉门，在真空炉内完成真空时效全过程。本发明根据零件的特殊性，仔细分析了零件达不到硬度要求的原因，找到了解决问题的方法。本发明通过改进装料方式，并调整了工艺参数。采用本发明的方法后，连续进行两个炉次生产，零件硬度稳定在HV350～360，硬度完全达到要求，一次处理合格率达100%。

Description

一种解决铍青铜零件真空时效达不到设计硬度的方法

技术领域

本发明涉及一种解决铍青铜零件真空时效达不到设计硬度的方法，属于热处理技术领域。

背景技术

铍青铜（QBe2）是机械性能、物理性能和抗蚀性能良好的一种铜合金，具有很高的热处理强化效果，属沉淀硬化合金。它在固溶状态下具有较高的塑性，可加工成形状复杂的零件。由于经过固溶、时效处理后具有良好的综合性能，常被用作高精度的弹性元件，成为精密仪器、仪表、电子电器工业上非常重要的金属材料。现有铍青铜（QBe2）零件的真空时效是将零件夹持在夹具上，再将夹具连同零件一起放在密闭的工艺盒内，然后将工艺盒连同夹具和零件一起放在真空炉炉膛内的料架上，在真空炉内完成真空时效。

现有一批铍青铜零件，该零件是用铍青铜带材加工的，厚度为0.4mm，要求热处理加工后硬度应达到HV320～390。但按现有真空时效后，零件的硬度只能达到HV260～280，不符合产品的硬度要求。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种解决铍青铜零件真空时效达不到设计硬度的方法，以解决特殊铍青铜零件无法达到硬度要求的难题。

本发明的技术方案：

一种解决铍青铜零件真空时效达不到设计硬度的方法，该方法是将铍青铜零件悬空固定在夹具上，然后直接将夹具摆放在真空炉炉膛内的料架上，或先将夹具摆放在料盘上然后再摆放在真空炉炉膛内的料架上，关闭炉门在真空炉内完成真空时效全过程。

前述方法中，所述真空炉采用WZTJQ-30双室真空炉；包括冷却室和加热室；冷却室和加热室内设有热电偶；冷却室与加热室之间设有传送装置，通过传送装置将料架在冷却室与加热室之间来回移动。

前述方法中，所述真空时效全过程如下：清洗→入冷却室→抽冷却室真空→入加热室→抽加热室真空→随炉升温→保温→抽冷却室真空→转入冷却室→冷却室冷却。

前述方法中，所述抽冷却室真空和抽加热室真空，真空度不大于1.33×10-1Pa。

前述方法中，所述随炉升温是从室温升至280±10℃。

前述方法中，所述保温是当温升至280±10℃后，保持280±10℃温度2.5h～3h。

前述方法中，所述冷却室冷却是使铍青铜零件在真空状态下从280±10℃冷却至室温。

与现有技术相比，本发明根据零件的特殊性，仔细分析了零件达不到硬度要求的原因，找到了解决问题的方法。本发明通过改进装料方式，并调整了工艺参数。采用本发明的方法后，连续进行两个炉次生产，零件硬度稳定在HV350～360，硬度完全达到要求，一次处理合格率达100%。

附图说明

图1是本发明所要加工的零件；

图2是现有真空时效处理时零件的摆放位置图；

图3是铍青铜（QBe2）的时效工艺曲线图；

图4是本发明真空时效处理时零件的摆放位置图（放在料盘中）；

图5是本发明真空时效处理时零件的摆放位置图（直接放在料架上）。

附图中的标记为：1-铍青铜零件，2-夹具，3-料架，4-料盘，5-料架，6-冷却室，7-加热室，8-热电偶，9-工艺盒。

具体实施方式

一种解决铍青铜零件真空时效达不到设计硬度的方法，如图4所示。该方法是将铍青铜零件1悬空固定在夹具2上，然后直接将夹具摆放在真空炉炉膛内的料架3上（见图5），或先将夹具摆放在料盘4上然后再摆放在真空炉炉膛内的料架5上（见图4），关闭炉门在真空炉内完成真空时效全过程。真空炉采用WZTJQ-30双室真空炉；包括冷却室6和加热室7；冷却室6和加热室7内设有热电偶8；冷却室6与加热室7之间设有传送装置，通过传送装置将料架3在冷却室6与加热室7之间来回移动。真空时效全过程如下：清洗→入冷却室→抽冷却室真空→入加热室→抽加热室真空→随炉升温→保温→抽冷却室真空→转入冷却室→冷却室冷却。抽冷却室真空和抽加热室真空，真空度不大于1.33×10 ^-1 Pa。随炉升温是从室温升至280±10℃。保温是当温升至280±10℃后，保持280±10℃温度2.5h～3h。冷却室冷却是使铍青铜零件1在真空状态下从280±10℃冷却至室温。

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。

实施例

图1是本发明所示要加工的零件，该零件是用厚度为0.4mm的铍青铜带材加工成型的，成型过程如下：下料→钣钳→线切割→折弯成形。为了达到设计的硬度要求，需要进行真空时效，传统的真空时效方法如下：零件夹持在夹具2上，再将夹具2连同零件一起放在密闭的工艺盒9内，然后将工艺盒9连同夹具2和零件一起放在真空炉炉膛内的料架3上，在真空炉内完成真空时效。但经过多次真空时效处理，其硬度只能达到HV260～280，不符合零件硬度HV320～390的设计要求。本发明的目的就是为了解决上述技术难题。

为了解决上述零件真空时效后硬度总是达不到设计要求的问题，从原材料、生产环境、生产设备、操作人员、工艺参数的合理性等环节进行查找，针对可能影响零件硬度的原因逐一进行了分析。

1、材料分析

该零件的材料为铍青铜（QBe2），铍青铜铍青铜是综合性能良好的铜合金，经780～800℃淬火，金相组织为过饱和α及β相，再经270～320℃时效后，过饱和α相中析出富铍的γ相，具有高的硬度。本批零件材料是由材料供应厂家直接淬火后供应，为CY状态；零件厂家只需要加工成形并热处理时效，形成CYS状态即可，其化学元素含量及供应状态应符合YB552的要求。经查材料入厂验收报告，材料化学成分符合表1要求。

2、生产设备分析

由于零件是厚度仅0.4mm的带材，无加工余量，为避免热处理氧化而导致后续电镀中酸洗困难，以致发生报废，采用了真空保护时效工艺。真空时效时，若实际温度比显示温度低，如显示为280℃，但实际温度为250℃或更低，则零件会产生欠时效情况，从而造成零件硬度偏低的现象。查其它产品质量记录，该真空炉WZTJQ-30处理其它零件质量一直很稳定。炉膛整体完好，测温热电偶在有效期内，结构没发生任何变化。炉温均匀性在±5℃之内，设备在计量合格有效期内。

3、工艺参数分析

生产中处理工艺参数为30min升温至280±10℃，保温2.5h～3h，转移至冷却室冷却。处理过程中，真空度不大于1.33×10 ^-1 Pa。处理温度及保温时间符合相关标准要求。但处理温度偏下限。

4、生产过程分析

在检查生产过程时，对零件的装夹、摆放方式、摆放位置及装料方式进行检查分析，零件摆放及装料方式如图2所示。此零件生产中采用了封闭式工艺盒装料，发热体热量优先传递到工艺盒，工艺盒温度升高，成为第二辐射源，再把热量传递至夹具，通过热传导和辐射将热量传到零件，从而对零件进行加热。在热处理生产中，发热体对零件加热的主要传导方式有三种：对流、传导、辐射。在一般的空气电炉、盐浴炉加热时，主要是为对流、传导方式在起作用；但在真空环境下，按工艺要求处理真空度不大于1.33×10 ^-1 Pa，此时真空加热室内空气分子含量低，加热方式则是以辐射为主。辐射加热有几个特点，在高温时，即使是很小的温差也可以产生很高的传热速度，传热效率高，零件升温快；但在低温状态下，辐射传热速度低，零件升温缓慢，表面与心部温度存在严重“滞后”现象。而且辐射加热的热量传递只能沿直线进行，一旦被遮挡和屏蔽，零件升温速度更加缓慢。在相同的加热温度及保温时间下，采用封闭式工艺盒装料，零件多了一层遮挡，升温速度大大降低。当热电偶测量温度达到工艺温度，开始保温时，夹具的表面温度还没有达到要求值。随着保温阶段的进行，夹具及零件受工艺盒的二次辐射，温度上升缓慢，从过饱和α相中开始析出极少量含铍的γ相。在保温结束时，由于零件的实际温度还没有达到或者刚达到工艺温度值，从过饱和α相中析出含铍的γ相没有足够的能量支撑，析出量还达不到一定数值，就已经保温终止，开始降温了。反映在宏观上，零件产生欠时效，使硬度偏低。

解决措施

图3是真空时效曲线图。由图3可见，280℃时，时效温度偏于下限值，容易因析出的强化相不充分而使硬度偏低,也降低了加热效率，使零件受热的均匀性差，另一方面采用封闭式工艺盒装料降低了传热速度，两项因素综合在一起，使零件在处理中产生欠时效，导致处理的零件硬度较低。

由图3时效工艺曲线知，QBe2固溶＋时效后硬度要求在HV320～390之间，较为理想的时效温度为320℃，时效保温时间在2.5h至3.5h之间，由此，重新设计制做不锈钢料盘代替原用的料盒，以加快传热速度，保证有较好的加热效果，将时效温度调整为320℃，保温时间按2.5h, 这样，零件的加热速度及受热的均匀好，析出强化相较充分，能更好的保证零件的硬化效果。 改进后的装料方式如图4。

根据以上分析，本发明通过改进装料方式和进行工艺参数调整后，连续进行两个炉次生产，零件硬度稳定在HV350～360，硬度完全达到要求，一次处理合格率达100%。

Claims (7)

1. 一种解决铍青铜零件真空时效达不到设计硬度的方法，其特征在于：该方法是将铍青铜零件（1）悬空固定在夹具（2）上，然后直接将夹具摆放在真空炉炉膛内的料架（3）上，或先将夹具摆放在料盘（4）上然后再摆放在真空炉炉膛内的料架（5）上，关闭炉门在真空炉内完成真空时效全过程。

2.根据权利要求1所述工艺方法，其特征在于：所述真空炉采用WZTJQ-30双室真空炉；包括冷却室（6）和加热室（7）；冷却室（6）和加热室（7）内设有热电偶（8）；冷却室（6）与加热室（7）之间设有传送装置，通过传送装置将料架（3）在冷却室（6）与加热室（7）之间来回移动。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：所述真空时效全过程如下：清洗→入冷却室→抽冷却室真空→入加热室→抽加热室真空→随炉升温→保温→抽冷却室真空→转入冷却室→冷却室冷却。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于：所述抽冷却室真空和抽加热室真空，真空度不大于1.33×10^-1Pa。

5.根据权利要求3所述方法，其特征在于：所述随炉升温是从室温升至280±10℃。

6.根据权利要求3所述方法，其特征在于：所述保温是当温升至280±10℃后，保持280±10℃温度2.5h～3h。

7.根据权利要求3所述方法，其特征在于：所述冷却室冷却是使铍青铜零件（1）在真空状态下从280±10℃冷却至室温。