CN1422338A - 改进的可压缩电连接件 - Google Patents

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Abstract

一种由Be－Cu合金形成的电连接件(10)，它可以在室温下压缩，无需对该压缩部分在压缩之前进行局部退火。通过在固溶退火之后的冷加工，对该合金提供足够的延展性和拉伸强度，加工量按面积缩小计至少为40％，然后进行过度时效硬化。

Description

改进的可压缩电连接件
技术领域
本发明涉及一种改进的可压缩电连接件，以及特别适合制造这种电连接件的铜铍合金。
背景技术
人们已经研制出用于将电线和电触件连接在一起的许多种不同的可压缩电连接件。图1和图2所示为常用的可压缩“阴”电连接件10，图1所示为压缩之前的连接件，图2所示为压缩后的连接件。在一般使用时，多个阴连接件10安装在终端块或其它用于连接到相配的多个“阳”连接件的装置上。
如图所示，阴连接件10包括由插座16限定的弹簧部分14，用来可卸开接受相配的阳连接件的相应突出部分。另外，阴连接件10还包括一压缩部分16，用来压缩将该连接件永久固定到电线上。在所示的具体实施方案中，由压缩筒20形成压缩部分16，该卷缩筒是一个能确保固定插入其中的电线末端的中空圆柱体部分。
要使图1和图2所示的可压缩电连接件能够工作得当，这种电连接件必须具备一定的性能组合。首先，弹簧部分14必须具有足够的屈服强度来抵抗其与相配连接件配合时的永久变形。这是必需的，为的是使弹簧部分14提供足够的弹性力(springforce)，确保将相配阳连接件固定在位，即使阴连接件和阳连接件重复地连接、分开和再连接的话。其次，要使部分16必须具备足够的延展性，以免在压缩时发生开裂。如果在压缩时压缩部分产生开裂，这种压缩的连接会失效，使连接件不起作用。
在制造图1和图2所示类型的连接件时，高速自动化成形设备将要求最终直径的连续线材切成许多段，然后冷锻(冷镦(cold heating))和/或切削加工这些段成为要求的形状。然后对这些部分进行热处理，通过形成线材的合金的沉淀硬化，来提高强度和/或硬度，从而制成最终的连接件产品。
在这方面，图1和图2所示的电连接件一般用的是铜合金，如C19150或C19160，都包含标称的1％Ni、0.2％P，余量Cu，以及分别0.5％或1％的Pb。这类合金制造过程的结束几个步骤通常是：(a)将棒冷拉，达到最后退火时直径之前的加工直径(aready to finish anneal diameter)，(b)将冷拉的棒进行固溶退火，(c)将经固溶退火的棒冷拉至最终直径。此最终直径的合金可由连接件的制造厂家趁它还较软时再进行成形，然后通过热处理使其硬化和增强。使用这种类型的铜合金是因为它们具有导电率、弹性和拉伸强度的恰当组合。
不幸的是，这种类型经热处理的合金，其室温延展性较差。结果，由这类热硬化合金制成的连接件在通过压缩或类似操作固定到电线之前，必须局部软化，如果不软化就进行压缩，连接件会产生开裂乃至碎裂。
在行将压缩之前，实际上一般用激光、电子束、感应法或其它点加热方法局部加热连接件的压缩部分16对其退火，而同时保留弹簧部分14在原来充分的热处理后的强度。这个局部退火步骤固有的成本较高，结果明显增加了使用这种设计的电连接件的成本。
因此，本发明目的是提供图1和图2所示类型的新的电连接件，它具有和常用连接件基本相同的强度、弹性和导电率，但是还具有足够的室温延展性，使其能通过压缩固定于电线，但不需象现有技术那样要采用局部加热软化。
发明概述
本发明基于这个发现而完成了这个目的，该发现是某些铜铍合金在最终固溶退火之后以一定的方式冷加工和热处理，就具有足以用作电连接件的屈服强度，但仍有足够的延展性，可以不经局部退火软化的再加热而能压缩。
具体而言，本发明基于：包含0.15-0.5％(重量)Be、0.4-1.4％(重量)Ni或Co或这两者，以及0.2-1.0％(重量)Pb的铜铍合金，如果为抵抗配合时的永久变形而进行了时效硬化至0.2％屈服强度在约60-80ksi之间，该合金也将具有足够的延展性，不需局部再加热下可以进行压缩而不产生开裂，条件是合金在最终固溶退火之后进行40-80％的冷加工，还要进行过度时效硬化。
因此，本发明提供一种新型的电气器件，它有一个反复配合后仍能保持要求的弹簧法向力(spring normal force)的弹簧端和能通过无开裂压缩连接到电线或其它部件的压缩部分，该压缩部分在压缩前不需局部退火，这种电气器件由包含0.15-0.5％(重量)Be、0.4-1.4％(重量)Ni或Co或这两者、0.2-1.0％(重量)Pb和余量铜以及难免杂质的合金制成，在最终固溶退火之后电气器件进行40-80％的冷加工，并进行过度时效硬化处理，使形成该器件的合金达到最终0.2％屈服强度在约60-80ksi之间。这样处理后，形成这种器件的合金通常还具有按面积缩小测定的约20-65％的延展性，更普遍约为30-65％的延展性。
形成电连接件的合金，其时效硬化宜为过度时效硬化，使合金拉伸强度小于在峰时效老化后达到的最大拉伸强度的大约90％。而且，要求在不高于约1650°F的温度下进行合金的最终固溶退火。
本发明的一个实施方案中，形成连接件的合金具有70ki的0.2％屈服强度和约30％的延展性。另一个实施方案中，形成连接件的合金具有65ksi的0.2％屈服强度和约50％的延展性。
除电连接件外，本发明还提供对形成这些连接件有用的线材原料和棒材原料。一个实施方案中，假设这种原料将加工为符合尺寸并在转移到电连接件制造厂家之前由原料供应厂进行时效硬化，此时连接件的制造厂家只需将这些原料切成合适长度的许多段，然后加工成要求的形状。这一实施方案中，本发明提供连续线材或棒材的原料，这些原料由包含0.15-0.5％(重量)Be、0.4-1.4％(重量)Ni或Co或这两者、0.2-1.0％(重量)Pb和余量为铜以及难免杂质的合金构成，该合金已在最终固溶退火之后进行了40-80％的冷加工，并进行了过度时效硬化，获得在约60-80ksi之间的0.2％屈服强度以及约30-60％的延展性。
另一个实施方案中，假设原料供应厂提供给连接件制造厂家的是已加工到“最终尺寸”的原料，但未经最终时效硬化。这一实施方案中，连接件制造者厂家将这些原料切成合适长度的许多段，通过一个或多个成形步骤包括压力加工(work)和切削加工，将这些段加工成最终的形状，最后根据本发明对这些制成的段进行过度时效热处理，达到要求的0.2％屈服强度和延展性的结合。这一实施方案中，本发明提供连续的线和棒形状的线材和棒材原料，它们由包含0.15-0.5％(重量)Be、0.4-1.4％(重量)Ni或Co或这两者、0.2-1.0％(重量)Pb和余量为铜以及难免的杂质的合金构成，该合金在最终固溶退火之后进行大于40％至80％的冷加工。
最后，本发明还提供一种新颖的Be-Cu合金，该合金包含0.15-0.5％(重量)Be、0.4-1.4％(重量)Ni或Co或这两者、0.2-1.0％(重量)Pb和余量为铜以及难免的杂质，该合金在最终固溶退火之后进行40-80％的冷加工，并进行过度时效硬化，获得在约60-80ksi之间的0.2％屈服强度以及约20-65％的延展性，更好为30-60％的延展性。
附图简述
参见下面附图能更好地理解本发明。
图1和图2所示为适合本发明制造的电连接件的结构。
图3说明用本发明合金制成本发明电连接件，其压缩性和强度结合采用最终时效硬化的条件进行优化。
详细描述
根据本发明，由于采用特定铍铜合金形成的连接件，现有技术中电连接件的既可压缩又驱动弹簧的压缩部分进行的局部退火可以避免。
Be-Cu合金
由于Be-Cu合金优良的物理性能和电性能，尤其是拉伸强度和导电率，它是一类著名的合金商品。可参见Harkness等人的“铍铜和其它铍合金”，Matal Handbook，Vol.2，10th Ed.，@1993 AM Int′l。这些合金通过沉淀硬化机理能具有优良的物理性能，沉淀硬化时在铜基质中形成许多非常细小的铍颗粒，产生联结性应变增强了合金。
由金属锭的Be-Cu合金(铸造的Be-Cu合金)形成可用制品，通常需用一系列的加热和冷加工步骤，提供合金制品所要求的形状、晶粒结构和性能，包括下列步骤：
(a)将金属锭的块状改变为接近最终要求的制品的形状以及向合金提供精细而均匀或均相的锻造晶粒结构的成形阶段，
(b)起硬化作用的富铍沉淀物的成核和生长的硬化阶段。
一般，成形阶段包括一个或多个冷加工步骤和溶液热处理(退火)步骤。冷加工既可在升高温度(“热加工”)或在较低温度如室温(“冷加工”)下进行。热加工制造线材通常是用挤压法进行的，这一过程将组成不均匀而晶粒粗大的铸造结构转变为均匀的锻造结构。线材的冷加工通常是通过冷拉进行的。退火一般是将合金在约1500-1800°F(815-982℃)加热约5分钟至1小时，随后迅速骤冷。退火对严重变形的冷加工结构进行了再结晶，并固溶最大量的铍和其它可能存在的组分，使其保留在亚稳定固溶体中。以备下一阶段的沉淀退火硬化。还降低合金的内应力。冷加工和退火都可以进行多次，尤其如果冷加工形状变化很大时。最后的固溶退火是在有待加工至最终尺寸时进行的。之后，合金或可进行一定量的冷加工，达到最后尺寸。
Cu-Be合金的沉淀硬化(“时效硬化”)通常在约500-1050°F(260-565℃)进行足够的时间，一般约5分钟至6小时，以达到合金的最大硬度。每一种Be-Cu合金一般在一特定温度下进行固溶退火并可能还进行一定量的冷加工至最后尺寸，对该合金退火采取特定的时间/温度组合，以便达到最大硬度，意味着如果合金加热过分或不够，其硬度和其它性能不如最佳值。因此，如果在最佳时间/温度条件或接近这些条件下进行时效硬化的那些合金，称其为“峰老化”的，而加热不够或过分则分别称作“老化不足”或“过度老化”。从另一个角度看，老化不足的Cu-Be合金如果进一步加热具有提高硬度的可能，而过度老化的Cu-Be合金进一步加热只会更加软化。
一般，如果需要，时效硬化可以若干步骤完成，但是通常需要小心从事以免过度老化。时效硬化通常是但并不总是在赋予合金最终产物形状之后进行，因为当其较软时比较硬时更易加工。
Be-Cu合金具有这样的特性，是在时效硬化前进行的冷加工，可以提高时效硬化响应的速度和程度，至少直到每种合金固有的最大硬度。因此，工业实践的时效硬化，通常是在最后固溶退火之后和时效硬化之前进行一定量的冷加工，该冷加工量最高达到面积缩小计的大约90％，即冷加工操作后，工件的横截面积缩小最多达到大约90％。
本发明Be-Cu合金的化学组成
本发明使用一特定种类的Be-Cu合金，这类合金的组成如下：
             表I：合金组成(重量％)
    组分     可用范围     一般范围     代表性范围
    Be     0.15-0.50     0.20-0.40     0.25-0.35
    Ni和/或Co     0.40-1.40     0.50-1.25     0.60-0.80
    Pb     0.20-1.00     0.20-0.60     0.25-0.50
    Cu     余量     余量     余量
除上述各组分外，本发明的合金还含有最多总量的为0.50％(重量)的一种或多种下列组分(通常是杂质)：铁、铝、硅、铬、锌、锡、银、锰、镁、钛和锆。这些合金中，镍比钴更常见，但镍和钴的混合也常见。
本发明使用的合金是“贫”Be-Cu合金。“贫”是指这些合金含有少于约0.5％(重量)，较好少于0.40％(重量)的铍和少于约1.40％(重量)较好少于约1.25的镍或钴或这两者。如果合金含有大于0.50％(重量)铍，其强度会大于所需，延展性小于要求，导电率不够，并由于作为合金元素的铍的成本高，合金的成本会不必要地增加。同样，如果本发明合金含有大于1.40％(重量)镍加钴，合金的强度过大、延展性不足，导电率也会降低。
本发明合金中加入铅，可改善其切削加工性能。如果铅的加入量不足，通常小于约0.2％(重量)时，在部件制造期间进行的切削步骤产生的切屑是长条形，难以离开刀具和工件的界面，这种情况会引起刀具的急剧毁损或加速其磨损。存在足够铅时，切屑会自己碎裂成较短长度，易于离开，避免了工具的毁损或过度磨损。如果铅超过1.00％(重量)，更常是超过0.60％(重量)时，将锭料合金热加工例如挤压成线材时，合金容易产生裂纹或“热裂”。
本发明Be-Cu合金的工艺
是本领域已知的贫Be-Cu合金，例如在美国专利4,179,314(Wikle)、4,551,187(Church等人)、4,599,120(Church等人)和转让申请SN 08/738,880描述了这类合金，所述内容参考结合于此。这每一个专利都描述了退火和冷加工(或均进行两次)，随后时效硬化的Be-Cu合金。然而，在上述Wikle专利中，最终固溶退火之后的冷加工不超过30-40％，而在上述其它专利中，通常是在峰老化条件下进行时效硬化。
本发明不同于这些专利，是在最终固溶退火后的冷加工量大于现有技术通常的冷加工量，即按照面积收缩计约为40-80％，然后在最后的时效硬化步骤中进行过度老化。这种方法的结果，获得的合金具有屈服强度和延展性的独特组合，使合金如现有技术的连接件情况，能抵抗配合时的永久变形，但还可以使连接件在压缩时不发生开裂，即使该压缩部分没有象现有技术那样再加热进行局部退火。
图3更清楚地描这一有利结果，该图表示实施例1-38中获得的结果，这些实施例中试验了本发明制造的电连接件的0.2％屈服强度、延展性(面积收缩％)和可压缩性。在所有这些实施例中，电连接件由所要求化学组成的合金制成，这种合金在最后固溶退火后进行40-80％的冷加工。如图3所示，这些合金一致具有约60ksi或更大的0.2％屈服强度，延展性为20-65％，较好为30-65％，而与时效硬化的过程无关。然而，只有屈服强度约为60-80ksi并已进行了过度时效硬化的那些合金，才能在室温下压缩而不产生开裂。其它合金，即老化不足、峰老化或时效硬化至大于80ksi的合金在压缩时产生开裂，即使这些合金在其它方面即化学组成和经历的退火过程和冷加工过程相同。
用于形成本发明电连接件的Be-Cu合金，其工艺基本上和现有技术的工艺相同。然而，最后固溶退火后的冷加工(不包括连接件成形用的冷成形或冷镦提供的另外冷加工)按照面积收缩计，应限定在约40-80％，而约50-70％冷加工，甚至约60％的冷加工更为典型。如果冷加工度小于约40％，则例如冷镦来机械加工线材为合适的形状会变得困难，并且过度老化的强度会不足。如果冷加工度大于约80％，过度老化的速度非常迅速，会有屈服强度下降至小于对要求的弹簧性能和延展性的最小合格值的危险。
附带说明的是，还应当理解，在上段描述的冷加工不包括将合金例如通过冷镦或冷成形最终成形为电连接件的额外冷加工。
至于时效硬化，基本上可采用达到上述过度老化的任何条件。例如，时效硬化通常在约900-1000°F(480-540℃)，更典型在950-975°F(515-525℃)进行3-9小时，更典型进行5-7小时，较高温度可用较短时间，相反也是。过度老化较好要使得合金的拉伸强度不大于在峰老化时获得的最大拉伸强度的95％，更典型不大于90％。
在这方面，应当理解本发明过度老化的Be-Cu合金通常具有至少约50％LACS，更好为60％LACS或更大的导电率，这个导电率通常高于同样化学组成合金经峰老化或老化不足的导电率。例如，下表II的合金B，经600°F 3-5小时的不足老化，其导电率不大于约48％LACS，而经1000°F 7小时过度老化，导电率为64％LACS。同样，合金A经600°F 3-5小时的不足老化，具有的导电率不大于约42％LACS，而合金D经950°F 5小时的过度老化，其导电率约为71％LACS。因此，除了使用上面所述区分不足老化、峰老化和过度老化Be-Cu合金的传统方法外，这些合金的导电率还可用作时效硬化情况的一种衡量。
还应理解，本发明的过度老化一般在工件冷成形和/或切削加工成最终形状之后进行。然而，如果需要，过度老化也可以在最终成形之前进行。而且，如果需要，过度老化可以分步进行，先有在不足老化或峰老化条件下进行的一个或多个预老化硬化步骤，随后在过度老化条件下进行最终的时效硬化步骤。例如，工件可以在800-900°F(430-480℃)处理约5小时，随后在900-1000°F(480-540℃)更好在950-975°F(515-525℃)处理约5小时进行二次时效硬化热处理。如果需要，工件切削加工成最终形状的步骤可以插在第一和第二时效硬化步骤之间。例如，最终直径的线材或棒可以在冷镦或其它机械加工操作之后，但在最终切削加工之前进行不足老化或峰老化，然后按照本发明，在最终切削加工之后，但在压缩之前进行过度老化。
最后，尽管不需要，但还是最好将工件的最终退火温度保持在正常退火温度范围1500-1800°F(815-982℃)中的下端温度。最好温度低于约1650°F，更好为1550°F。
拉伸强度和延展性
如图3所示，本发明类型的Be-Cu合金中，0.2％屈服强度与延展性(由面积缩小衡量)彼此具有基本上相反的关系。因此，对一特定用途中采用本发明时，需注意针对这种用途选择具有0.2屈服强度与延展性结合的一种特定合金。
就是说，一个特定电连接件的操作特性，在其弹簧端作用的弹性力和在该端具有的可压缩性不仅取决于线材连接件的合金的性质，而且与连接件本身的几何形状有关。因此，在一特定用途中采用本发明时，应选择制造这种合金的工艺参数(即化学组成、固溶退火温度、冷加工和过度老化温度和时间)，使合金产生的屈服强度大于由连接件形状和其弹簧端所需的变形决定的预定最小值，但小于会使连接件压缩端的延展性不足而产生开裂的最大强度。
换句话说，由于一种合金的延展性与其强度相关联，对具体设计选择的合金，其强度不能太大，因为如果这样，在不进行局部退火情况下，其延展性不足以防止压缩端的开裂。因此，当选择用于具体用途的合金(包括其化学组成和工艺条件)时，必须注意选择合金，其屈服强度要大于在连接件弹簧端具有足够弹簧性能所需的最小值，但小于导致其压缩端延展性不足的最大值。
可以按照和现有连接件结构相同的的常规方式，决定具体连接件结构中使用的合金的最小合格屈服强度。对该种结构的电连接件，绘制如图3所示的图，就可以按照本发明决定最大的合金屈服强度。具体而言，象图3(对一具体连接件结构绘制的)那样的图可确定对该种连接件适用的屈服强度和延展性(按照面积缩小％衡量)的允许范围。另外，绘制该图所用的数据也可以用来确定获得这些性能特定组合所需的合金参数(化学组成和固溶退火、冷加工和过度老化的条件)的具体组合。在这些限制范围内，可以选择合金的特定组合，来获得对该结构适用的屈服强度和延展性最佳组合。
在这方面，可以认为本发明可广泛应用于两种不同情况的电连接件，情况A和情况B如下：
情况A：现有结构连接件采用价格较昂贵的合金或者依赖价格较昂贵的合金/工艺组合来制造连接件。要用本发明合金直接取代现有结构连接件目前使用的合金，主要是为了降低成本。成本之所以能降低，是因为所述合金的成本较低，而且本发明合金可以不采用非本发明合金需采用的“局部退火”，也使成本差进一步降低。情况A是用户不能改变弹簧的几何形状，也不能改变压缩部分的几何形状。在这种情况下，应用本发明方法就是选择合金及其工艺(Ni含量、达到最终尺寸前的退火温度、冷加工至最终尺寸以及最终时效硬化的条件)，产生在两个极限之间的屈服强度YS，下限是屈服强度如果小于它的话，现有设计的连接件弹簧端弹性力不足，(很可能与从现有结构取代掉的竞争性合金的最小YS相同)，某个上限YS，是如果屈服强度大于它的话，延展性不足以使现有连接件的弹簧端进行压缩而不产生开裂。这个上限YS是本发明独特的，与必须在其压缩端进行区域退火的现有技术合金无关。(1)若是冷镦和老化的连接件，可以在制造连接件之后但在压缩之前进行最终时效硬化处理，(2)而若是由预老化实心线材或棒材切削加工出连接件，则是在连接件的所有制造步骤及以后的压缩之前，进行最终时效硬化处理。
情况B：结构改为新的，意在制造新的连接件，此时可更充分发挥本发明合金和方法的优点，与现有连接件相比，成本降低和/或连接件操作性能改善。在此情况，传统的设计方法可以采用：
(1)为在连接件设计中确定尺寸限制，由大型电气组件或电子组件中例如在印刷线路板或配合器件之间能用于电连接的空间所决定。
(2)确定连接件的性能要求，依据(a)在要求的使用条件下保持线路整体性的最小垂直力一在允许空间中弹簧的最大允许变形，必需的抗振动冲击(机械超负荷)性、升高温度(应力恢复)等；(b)不得超过的便于立刻连接多个触件所需的最大插入力；(c)为承受期望的电流安培/功率而不致产生过度温升所需的最小导电率：(d)便于制造连接件的最低延展性一在弹簧段形成弯曲的程度(弯曲半径与弹簧段厚度之比，R/t)的能力或者压缩部分经受压缩程度的能力(注：所需压缩程度取决于下列因素：引线尺寸，压缩筒的内孔尺寸、抵抗因振动、装配力、长时间温度变化等在压缩部分中失去电连接牢固性的能力等等)。(e)市场所决定的具有竞争性的成本要求(在合金方面和工艺条件方面)。
(3)使用通常可用的经典弹簧力学设计方程或基于经典力学方程的有限元计算机模型，确定最小屈服强度，以便决定规定设计的弹簧段截面尺寸和变形所需施加的最小室温垂直力。选择能达到这个最小YS的合金清单，然后取消那些虽有竞争力但导电率、耐温性和/或延展性不够并且成本高的合金，缩小这个清单直至挑出一种合金。
例如，在设计下面实施例1-38的电连接件中(尺寸和形状都相同)时，弹簧端的具体形状和尺寸决定了形成连接件这部分的合金应具有的最小屈服强度为70-75ki，才能确保充分的弹簧性能。由图3数据，然后可以确定连接件压缩部分由于其具体结构必须由最小延展性约为30％(按照面积缩小计)的合金形成，以防止压缩时的开裂。图3还表明，过度老化后弹簧端的最大屈服强度应不超过约80-85ki，以确保延展性不小于30％。
按照同样方式，实施例39-41连接件以不同和要求低些的设计标准制造，允许弹簧部分合金的最小屈服强度仅约为65ksi。如下面讨论的，这些连接件通过线材的冷镦形成，该线材已经过老化至最后强度，成形后不再进行额外的热处理。由下表IV，压缩部分的形状使得弹簧端(即经过老化的线材原料)的屈服强度可以高达82ki，而保留了足够的延展性，使得压缩时不产生开裂。
因此可以理解，因为如图3所示延展性和屈服强度的关联，对按照本发明制造的所有连接件，并不存在屈服强度和延展性的一种结合是普遍合适的。尽管如此，按照本发明，只要适当选择用于形成连接件的合金，使其符合操作性能和结构的要求。能获得具有宽广范围的弹簧性质和可压缩性的连接件，其使用时不需要现有技术所需的局部退火。
因此，本发明预期能制出由Be-Cu合金形成的新的电连接件，它具有过去不能达到的性能结合。另外，本发明还预期使用制造这种合金的新的方法，该方法是在最终固溶退火之后，在不同于过去的条件下进行冷加工和时效硬化。而且，本发明还预期制出过去不知的新的线材和棒材产品。
实施例
为了充分阐述本发明，进行了下列实施例。这些实施例制备了一系列合金，这些合金的化学组成列于下表II。
                    表II：合金组成(重量％)
  合金     Be     Ni     Sn     Zr     Pb     Cu
    A     0.32     0.79   ＜0.005     0.022     0.56*     余量
    B     0.24     0.75     0.022     0.21     0.51*     余量
    C     0.25     1.28   ＜0.005     0.18     0.53*     余量
    D     0.29     1.26   ＜0.005     0.23     0.32*     余量
    E     0.27     1.24   ＜0.005     0.22     0.30*     余量
    F     0.26     0.79   ＜0.005     0.17   ＜0.003     余量
*含有0.30-0.56％Pb的合金A-E，在切削加工时产生符合要求的短而碎裂的切屑，而仅有痕量Pb的合金F，其切屑是不合要求的长条状。
实施例1-38
使用上面的合金A-F，制造图1和图2所示的电连接件。这些连接件的设计标准要求最终直径为0.097英寸，0.2％屈服强度最小为70-75ksi，以确保足够的弹性力。合金铸造成直径2英寸或6英寸的锭。该锭经热挤压和冷拉成为线材，对由直径6英寸的锭制成的线材还进行1700°F(930℃)的中间固溶退火。形成的线材然后在达到最终直径之前的加工直径时进行固溶退火，然后冷拉不同的量至最终0.097英寸的直径。
形成的线材再分成许多段，将这些段冷镦，在其两端生成圆柱形开口。然后，对阳连接件的一端切削加工，形成用于图1和图2所示夹头形状弹簧部分的狭缝。之后，对加工好的部件进行时效硬化。时效硬化之后，通过室温下压缩，在其另一冷镦端，与一引线连接压缩固定之。检查如此形成的压缩部分的开裂情况。
这些实施例的有些冷镦部件在预老化切削期间，由于残余应力或由于强度低产生的切削变形，其端部开口会呈“喇叭形”。因此，在实施例13-A至15-A以及35-E至38-E中，分两个步骤进行时效硬化，第一步在切削之前进行，第二步在切削之后但在压缩之前进行。
获得的结果列于下表III。为清楚起见，对那些未能达到压缩时无开裂要求的连接件，其工艺参数印成斜体字形。
               表III：实施例1-38的电连接件的性能
  实施例编号和合金     RF退火(°F)   冷加工(％)   老化处理     0.2％YS(ksi)     UTS(ksi)     ％面积缩小率   是否能压缩时无开裂？
    1-A     1550     40   950°F/2小时     81.6     96.5     52.9     否
    2-A     1550     40   950°F/3小时     79.4     97.2     40.8     是
    3-A     1550     40   950°F/5小时     72.6     90.8     39.2     是
    4-A     1550     40   950°F/7小时     70.3     90.1     43.4     是
    5-A     1550     40   975°F/3小时     72.9     87.9     55.0     是
    6-A     1550     40   975°F/5小时     70.2     82.4     56.3     是
    7-A     1550     40   975°F/7小时     70.1     86.5     53.7     是
    8-A     1550     40   975°F/9小时     66.5     81.1     53.7     是
    9-A     1550     80   950°F/3小时     107.0     115.5     17.1     否
    10-A     1550     80   950°F/5小时     96.0     111.1     23.7     否
    11-A     1550     80   950°F/7小时     96.8     109.0     24.9     否
    12-A     1550     80   975°F/5小时     98.1     110.0     30.4     否
    13-A     1550     40   900°F/5小时+900°F/3小时**     78.4     93.2     42.5     是
    14-A     1550     40   900°F/5小时+950°F/3小时**     75.9     91.1     41.1     是
    15-A     1550     40   900°F/5小时+975°F/3小时**     75.7     87.1     31.8     是
    16-A     1550     80   800°F/5小时     100.6     113.5     20.9     否
    17-A     1550     80   800°F/5小时     100.7     111.4     34.0     否
    18-B     1550     40   900°F/5小时     92.8     102.2     32.5     否
    19-B     1550     80   975°F/5小时     68.7     80.4     51.2     是
    20-B     1550     40   600°F/1小时     67.8     74.1     52.9     否
    21-B     1550     40   600°F/3小时     66.8     75.3     56.4     否
    22-B     1550     40   600°F/5小时     66.6     76.4     55.8     否
    23-B     1550     40 600°F/7小时     68.0     76.9     60.8     否
    24-B     1550     60 600°F/1小时     72.7     79.3     57.5     否
    25-B     1550     60 600°F/3小时     72.0     80.3     59.3     否
    26-B     1550     60 600°F/5小时     71.8     81.8     58.9     否
    27-B     1550     60 600°F/7小时     71.9     82.6     57.2     否
    28-B     1550     80 600°F/1小时     78.3     83.9     54.5     否
    29-B     1550     80 600°F/3小时     77.5     84.9     52.3     否
    30-B     1550     80 600°F/5小时     78.3     86.1     58.9     否
    31-B     1550     80 600°F/7小时     79.5     87.3     41.7     否
    32-C     1700     84 950°F/5小时     77.8     86.7     43.9     否
    33-D     1700     60 800°F/3小时     112.9     126.1     无数据     否
    34-D     1700     60 900°F/5小时     110.5     119.1     无数据     否
    35-E     1550     60 800°F/5小时+975°F/5小时**     82.1     91.9     45.2     否
    36-E     1550     40 800°F/5小时+975°F/5小时**     74.1     85.7     53.1     是
    37-E     1550     60 800°F/5小时+975°F/5小时**     75.0     86.9     42.3     是
    38-E     1550     80 800°F/5小时+975°F/5小时**     59.9     72.5     56.2     否
    C19150(比较) 用户以750°F/3小时至750°F/5小时进行时效硬化     70-90     85-105     无数据     否(要求在压缩前局部退火)
**两步骤分批热处理，在冷镦之后但在切削之前进行第一次时效硬化，在切削之后但是在压缩之前进行第二次时效硬化。
实施例39-41
由上面表II中的合金B制造几何尺寸略不同于实施例1-38的一些电连接件，其标称直径为0.131英寸，而不是0.097英寸。由于不同的尺寸和形状，这些电连接件的最终性能要求，在弹性力和可压缩性要求方面都没有实施例1-38电连接件那么高。例如，对这种特定弹簧设计，要求的弹性力较小，形成这些电连接件的合金的最小0.2％屈服强度仅约为60-65ksi，而不是70-75ksi。而且，实施例39-41的连接件采用略不同于实施例1-38的方法制造，是在合金线材尚为卷的形式进行时效硬化至最终屈服强度和延展性，而不是在部件制造后进行该热处理。
因此，在制造这些连接件时，合金B热挤压并冷拉至最终直径前一步的加工直径，在1550°F固溶退火，然后冷拉50％至最终0.131英寸直径，以线材卷形式进行过度时效硬化，机械矫直，切割成合适长度的各段，不经冷镦，切削加工成圆柱形连接件，在连接件一端形成夹头形弹簧部件，在另一端形成盲孔用于对引线的压缩固定。
如实施例1-38的情况一样，实施例39-41的连接件也是对压缩部分未经局部退火，就在室温下将引线压缩固定之，然后检查形成的压缩部分。获得下面结果：
           表IV：实施例39-41的电连接件性能
实施例编号和合金   RF退火(°F) 冷加工(％)   老化处理    0.2％YS(ksi)     UTS(ksi)   ％面积缩小率     是否能压缩时无开裂？
    39-B   1550   50   975°F/5小时     79.0     94.0   无数据     是
    40-B   1550   50   975°F/5小时     82.0     91.0   无数据     是
    41-B   1550   50   1000°F/7小时     64.7     80.0   无数据     未试验
    C19150(比较)   用户以750°F/3小时至750°F/5小时进行时效硬化     70-90     85-105   无数据     否(要求在压缩前局部退火)
如上述结合图3已说明的，上面的结果表明：一定化学组成的Be-Cu合金冷加工量为在40-80％时，均具有大于或等于约60ksi的0.2％屈服强度，以及20-65％更典型为30-65％的延展性，而与经历的时效硬化过程无关。然而，仅有那些屈服强度在60-80ksi之间并经过时效硬化的那些合金，在室温下能无开裂地压缩。其它合金，经不足老化、峰老化或时效硬化至大于80ksi的合金不能无开裂地压缩，即使这些合金在其它方面即化学组成、经历的退火过程以及冷加工过程相同。这就使得由这些合金形成的电连接件能具备要求的弹簧性能和无开裂压缩的结合，而不必进行制造这种连接件现有技术所需要的局部退火。
另外，上面的结果还表明，尽管按照上述内容制造的大多数合金未经局部退火可达到无开裂压缩和合格的屈服强度，但工艺变量的有些组合在程度上太严厉，无法获得这样的结果。例如，将实施例9-A至12-A与实施例2-A至8-A以及实施例19-B进行比较，表明80％冷加工对合金A太严厉，而对合金B则不然。同样，实施例36至38-E表明，80％冷加工对合金E太严厉。这些情况下，冷加工应限制在较低量，约75％，或70％，或60％或更小。因此，本发明的有些情况下，冷加工量为45-75％，甚至50-70％，最典型约为60％。
这一点仅说明，必须仔细选择进行本发明具体实施方案时的各个参数，以获得要求在合格屈服强度下无开裂的压缩性能。这和必须选择适当的参数组合以获得要求结果的其它冶金领域没有差别。本领域技术人员应理解有关参数的这些广泛讨论是指导性的，而不是具体保证，在不同实施方案中应用本发明时必须进行常规试验。根据上述讨论，包括实施例，本领域技术人员应能够在本发明的范围内应用本发明。
最后，还可以认为，杂质元素也在获得具有要求的无开裂下压缩性能产品中发挥了作用。因此，在普通指定申请SN 08/738,880(其内容参考结合于此)中已表明提高“贫”Be-Ni-Cu合金热稳定性的钛或锆，会阻碍过度老化沉淀硬化反应。如果锆或钛明显多于痕量存在于本发明用的合金中，例如高达0.5％(重量)，它是表I中最大的杂质含量，就必须使用较高的过度老化温度和较长时间，用或不用高达80％的冷加工，来通过过度老化达到足够低的强度。例如，由合金B(实施例18-B和19-B)与合金A(实施例2-A至8-A以及13-A至15-A)的比较可见。
尽管上面仅描述了本发明的几个实施方案，在不偏离本发明精神和范围下可以进行各种修改。例如，尽管图1和图2仅说明本发明连接件的一种几何形状，应理解可以采用其它形状。只要连接件具有为通过压缩保证连接电线或其它部件的压缩部分和通过连接件施加的弹性力保证与相配连接件连接的弹簧部分，对这种结构的连接件就可应用本发明。所有种种变动都包括在本发明范围之内，本发明范围仅受到权利要求书的限制。

Claims (16)

1.一种电气器件，具有能保持反复配合后所要求弹簧法向力的弹簧部分和能通过无开裂压缩连接到电线或其它部件的压缩部分，该压缩部分在压缩之前无需局部退火，所述器件由包含下列组成的合金构成：0.15-0.5％重量Be、0.4-1.40％重量Ni或Co或这两者、0.2-1.0％重量Pb、余量为Cu以及难免的杂质，所述器件在最终固溶退火之后冷加工40-80％，并进行过度时效硬化，使形成器件的合金达到约60-80ksi的最终0.2％屈服强度。
2.如权利要求1所述的器件，其特征在于形成所述器件的合金按照面积缩小测定的延展性约为20-65％。
3.如权利要求2所述的器件，其特征在于形成所述器件的合金按照面积缩小测定的延展性约为30-65％。
4.如权利要求1所述的电连接件，其特征在于形成该器件的合金过度老化达到小于其最大峰老化拉伸强度的95％。
5.如权利要求1所述的电连接件，其特征在于形成该器件的合金过度老化达到小于其最大峰老化拉伸强度的90％。
6.如权利要求1所述的电连接件，其特征在于所述合金包含0.20-0.4％重量Be、0.5-1.25％重量Ni或Co或这两者、0.20-0.60％重量Pb、总量多达0.5％重量的一种或多种选自Fe、Al、Si、Cr、Sn、Zn、Ag、Mn、Zr、Ti或Mg的金属和难免的其它杂质，余量为Cu。
7.如权利要求6所述的电连接件，其特征在于所述合金含有0.25-0.50％重量Pb。
8.如权利要求1所述的电连接件，其特征在于所述电连接件由挤压线材或棒材形成。
9.如权利要求8所述的电连接件，其特征在于所述电连接件的压缩部分包括一个通过冷镦和/或切削形成的中空的圆柱形部分。
10.一种室温下可压缩的电连接件，所述电连接件具有能保持重复配合后所要求弹簧法向力的弹簧部分和能通过无开裂压缩连接到电线或其它部件的压缩部分，该压缩部分在压缩之前无需局部退火，所述电连接件通过下列步骤形成：
(a)挤压，非必要的中间退火，然后冷拉Be-Cu合金成为最终直径之前加工直径的线材，该合金包含0.15-0.5％重量Be、0.40-1.40％重量Ni或Co或这两者、0.20-1.0％重量Pb、总量多达0.5％重量的一种或多种选自Fe、Al、Si、Cr、Sn、Zn、Ag、Mn、Zr、Ti或Mg的金属，余量为Cu和难免的杂质。
(b)对线材进行最终固溶退火，
(c)对线材冷加工，加工量按面积缩小计约为40-80％，
(d)对线材进行过度时效硬化，使形成线材的合金的0.2屈服强度约为60-80ksi，极限拉伸强度小于其峰老化后最大拉伸强度的95％。
11.如权利要求10所述的电连接件，其特征在于将线材切成许多段，再在最终固溶退火之后但在时效硬化完成之前通过冷镦在所述段的至少一端形成中空圆柱形部分。
12.如权利要求11所述的电连接件，其特征在于所述合金含有0.20-0.60％重量的Pb。
13.一种Be-Cu合金，该合金包含0.15-0.5％重量Be、0.40-1.40％重量Ni或Co或这两者、0.20-1.0％重量Pb、总量多达0.5％重量的一种或多种选自Fe、Al、Si、Cr、Sn、Zn、Ag、Mn、Zr、Ti或Mg的金属和其它难免杂质，余量为Cu，所述合金在最终固溶退火之后进行按面积缩小计40-80％的冷加工，然后进行过度老化，使合金的拉伸强度小于其峰老化后拉伸强度的95％，从而使合金具有约60-80ksi的0.2％屈服强度。
14.如权利要求13所述的合金，其特征在于所述合金的0.2％屈服强度至少约为65-80ksi，按面积缩小测定的延展性约为30-65％。
15.连续的线材或棒材原料，该原料由包含0.15-0.5％重量Be、0.4-1.40％重量Ni或Co或这两者、0.2-1.0％重量Pb，余量为Cu以及难免的杂质的合金形成，所述合金在最终固溶退火之后冷加工40-80％，进行时效硬化至获得约60-80ksi的0.2％屈服强度和约30-65％的延展性。
16.连续的线材或棒材原料，该原料由包含0.15-0.5％重量Be、0.4-1.40％重量Ni或Co或这两者、0.2-1.0％重量Pb，余量为Cu以及难免的杂质的合金形成，所述合金在最终固溶退火之后进行大于40-80％的冷加工。
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