CN113832420B - 一种提高铍青铜豆荚杆弹性性能和使用寿命的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高铍青铜豆荚杆弹性性能和使用寿命的方法，其步骤为：将固溶态铍青铜豆荚杆置于液氮中浸泡冷却处理一段时间，取出升温至室温，再放入液氮中继续进行浸泡冷却处理，重复该冷却‑升温过程10次以上；将经循环深冷处理的固溶态铍青铜豆荚杆放入真空热处理炉中，加热至340℃，保温2h，随后空冷即可。该方法有效地提高了铍青铜豆荚杆的弹性性能和弯曲破坏性能，其使用安全性和使用寿命得到了进一步地提升，提高了经济效益；该方法操作简单，绿色环保。

Description

一种提高铍青铜豆荚杆弹性性能和使用寿命的方法

技术领域

本发明属于材料热处理工艺领域，具体而言，涉及一种提高铍青铜豆荚杆弹性性能和使用寿命的方法。

背景技术

随着科技水平的不断发展和进步，人类航空航天活动和研究日益频繁和深入，对结构大型化、复杂化和轻量化等方面的要求也日趋强烈，目的就是要在降低成本的前提下实现日益复杂的各项功能化需求。

空间展开机构是空间机构研究中一个重要方向，从展开形式上将其总体上分为薄壁管、折叠式、套筒式、盘压式、桁架式和充气式等多个类型，其中薄壁管伸展臂主要利用了薄壁壳的弹性变形，将应变能作为展开驱动力，杆状伸展机构总体上归为充气杆、弹性杆以及机械铰链杆等三种的同时指出，传统的机械铰链杆零件数量多和难于折叠的特点带来不少限制，充气杆充气和固化的复杂性有时超过了压实封装带来的优势，而弹性杆相比之下具有封装好、质量轻、收拢体积小，展开大及零件少的特点，是具有广泛应用前景的一类航天结构。因此，研制质量轻、刚度大、结构形式简单、展开可靠性高的新型大尺寸空间支撑结构是当前的一项热门课题。

铍青铜是一种综合性能优良的有色合金弹性材料，市场上的铍青铜都是固溶态铍青铜，经适当的处理后能够呈现出优异的综合性能，具有高的强度和大的弹性，非常适合制作豆荚杆。铍青铜豆荚杆是一种可以压平卷曲收拢的薄壁管状杆。收拢时，豆荚杆可平绕在滚筒上或自身卷成一个卷筒而形成收拢状态；展开时，依靠自身弹性从平卷状态恢复为长管形状，从而可有效解决支撑管收藏效率低、发射体积大、结构复杂、展开稳定性和可靠性低等诸多问题，为大尺寸航天器可展开支撑管结构的研制提供新的技术手段。空间展开机构对于材料的弹性性能和弯曲破坏性能具有很高的要求，焊接后的固溶态铍青铜豆荚杆经过适当的加工处理后具有轻质高强的特性和优异的抗弯曲破坏性能，非常适合应用于空间展开机构。因此，为了提高铍青铜豆荚杆的弹性性能和抗弯曲破坏性能，以延长铍青铜豆荚杆的使用寿命，急需开发一种新的处理方法。

发明内容

本发明针对现有技术中铍青铜豆荚杆的热处理效果不理想，弹性性能和使用寿命短的问题，提出了一种能够有效提高铍青铜豆荚杆的弹性性能、延长其使用寿命的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种提高铍青铜豆荚杆弹性性能和使用寿命的方法。包括循环深冷处理和真空时效处理两个步骤，具体如下：

(1)循环深冷处理

将固溶态铍青铜豆荚杆置于液氮中浸泡冷却处理一段时间，取出升温至室温，再放入液氮中继续进行浸泡冷却处理，重复该冷却-升温过程10次以上；

(2)真空时效处理

将经循环深冷处理的固溶态铍青铜豆荚杆放入真空热处理炉中，加热至340 ℃，保温2h，随后空冷即可。

较佳的，固溶态铍青铜豆荚杆材质为QBe2 C(YS/T 323-2002，软态)，具体合金成分为：Be: 1.8~2.1wt%、Ni: 0.2~0.5 wt%、Fe: 0.15 wt%、Al ≤ 0.15 wt%、Si ≤ 0.15wt%、Pb ≤ 0.005 wt%、杂质 ≤ 0.5 wt%、Cu:其余。

较佳的，固溶态铍青铜豆荚杆的尺寸为700 mm×33.4 mm，厚度为0.1 mm。

较佳的，液氮中浸泡冷却处理时间为5分钟。

较佳的，将固溶态铍青铜豆荚杆放入液氮中浸泡冷却处理一段时间，取出后，在室温下保持10分钟，直至升温至室温。

较佳的，真空热处理炉升温速率为10℃/min。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）本发明通过对固溶态铍青铜豆荚杆的热处理工艺进行优化调整，有效地提高了固溶态铍青铜的弹性性能，延长了使用寿命，提高了经济效益。

（2）本发明的室温循环液氮处理+真空时效处理工艺操作简单，操作过程绿色环保，属于比较优异的一种提高铍青铜豆荚杆弹性性能和使用寿命的处理方法。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，但不局限于以下实施例。

实施例1

一种提高铍青铜豆荚杆弹性性能和使用寿命的处理方法，包括以下步骤：室温循环液氮处理、真空时效处理。

(1)室温循环液氮处理

将焊接好的固溶态铍青铜豆荚杆（豆荚杆是用铍青铜薄带焊接而成）放入液氮中浸泡冷却5分钟，随后取出在室温下保持10分钟，再放入液氮中浸泡冷却5分钟，重复冷却-升温过程10次，常压下的液氮温度通常为-196℃。

(2)真空时效处理

将经过10次室温循环液氮处理的铍青铜豆荚杆放入真空热处理炉中，加热至340℃，保温2h，随后空冷即可。

本实施例1对固溶态铍青铜豆荚杆处理过后，弹性极限达到1200 MPa，铍青铜出现褶皱前的最大弯曲次数1500次。

实施例2

一种提高固溶态铍青铜豆荚杆弹性性能和使用寿命的处理方法，包括以下步骤：室温循环液氮处理、真空时效处理。

(1)室温循环液氮处理

将焊接好的固溶态铍青铜豆荚杆放入液氮中浸泡5分钟，随后取出在室温下保持10分钟，再放入液氮中浸泡冷却5分钟，重复冷却-升温过程20次。

(2)真空时效处理

将经过20次室温循环液氮处理的固溶态铍青铜豆荚杆放入真空热处理炉中，加热至340 ℃，保温2h，随后空冷即可。

本实施例2对固溶态铍青铜豆荚杆处理过后，弹性极限达到1220 MPa，铍青铜出现褶皱前的最大弯曲次数1510次。

比较例1

一种固溶态铍青铜豆荚杆的热处理方法，包括以下步骤：真空时效处理。

(1)真空时效处理

将焊接好的固溶态铍青铜豆荚杆直接放入真空热处理炉中进行时效处理，加热至340 ℃，保温2h，随后空冷即可。

本比较例1对固溶态铍青铜豆荚杆处理过后，弹性极限达到1100 MPa，固溶态铍青铜出现褶皱前的最大弯曲次数为200次。

比较例2

一种提高铍青铜豆荚杆弹性性能和使用寿命的处理方法，包括以下步骤：室温循环液氮处理、真空时效处理。

(1)室温循环液氮处理

将焊接好的固溶态铍青铜豆荚杆放入液氮中浸泡5分钟，随后取出在室温保持10分钟，再放入液氮中浸泡冷却5分钟，重复冷却-升温过程5次。

(2)真空时效处理

将经过5次室温循环液氮处理的固溶态铍青铜豆荚杆放入真空热处理炉中，加热至340 ℃，保温2h，随后空冷即可。

本比较例2对固溶态铍青铜豆荚杆处理过后，弹性极限达到1160 MPa，固溶态铍青铜出现褶皱前的最大弯曲次数500次。

将比较例1与比较例2中所得铍青铜样品与实施例1与实施例2中所得铍青铜样品进行拉伸试验和弯曲实验。

通过对比比较例1-2和实施例1-2，弹性极限由1100MPa提高到1220MPa，固溶态铍青铜出现褶皱前的最大弯曲次数由200次提高到1510次。可以发现，经过10次以上的循环深冷处理，弹性极限和弯曲次数趋于稳定，分别为1220 MPa和1510次，由上述数据可以看出，本发明实施例经过10次以上室温循环液氮处理的固溶态铍青铜豆荚杆，其弹性性能和弯曲性能得到了进一步地提高。

本实例通过对铍青铜豆荚杆的处理方法进行优化调整，有效地提高了铍青铜的弹性性能和弯曲性能，延长了铍青铜的使用寿命，提高了经济效益。以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定本发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本发明涵盖的范畴。

Claims (6)

1.一种提高铍青铜豆荚杆弹性性能和使用寿命的方法，其特征在于，包括循环深冷处理和真空时效处理两个步骤，具体如下：

循环深冷处理

将固溶态铍青铜豆荚杆置于液氮中浸泡冷却处理一段时间，取出升温至室温，再放入液氮中继续进行浸泡冷却处理，重复该冷却-升温过程10次以上；

真空时效处理

将经循环深冷处理的固溶态铍青铜豆荚杆放入真空热处理炉中，加热至340 ℃，保温2h，随后空冷即可。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，固溶态铍青铜豆荚杆材质为QBe2 C，具体合金成分为：Be: 1.8~2.1wt%、Ni: 0.2~0.5 wt%、Fe: 0.15 wt%、Al ≤ 0.15 wt%、Si ≤0.15 wt%、Pb ≤ 0.005 wt%、杂质 ≤ 0.5 wt%、Cu:其余。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，固溶态铍青铜豆荚杆的尺寸为700 mm×33.4mm，厚度为0.1 mm。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，液氮中浸泡冷却处理时间为5分钟。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将固溶态铍青铜豆荚杆放入液氮中浸泡冷却处理一段时间，取出后，在室温下保持10分钟，直至升温至室温。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，真空热处理炉升温速率为10℃/min。