鈹青銅

鈹青銅是以鈹為主要添加元素的青銅。鈹青銅的鈹含量為0.2%～2%，再加入少量的（0.2%～2.0%）鈷或鎳第三組元。該合金可熱處理強化。是理想的高導、高強彈性材料。鈹青銅無磁、抗火花、耐磨損、耐腐蝕、抗疲勞和抗應力鬆弛。並且易於鑄造和壓力加工成形。鈹青銅鑄件的典型用途是用作塑料或玻璃的鑄模、電阻焊電極、石油開採用防爆工具、海底電纜防護罩等。鈹青銅加工材的典型用途是用作電子器件中的載流簧片、接插件、觸點、緊固彈簧、板簧和螺旋簧、膜盒、波紋管及引線框架等。

鈹青銅分為兩大類。依合金成分而分，鈹含量為0.2%～0.6%的是高導（電、熱）鈹青銅；鈹含量為1.6%～2.0%的是高強鈹青銅。依製造成形工藝，又可分為鑄造鈹青銅和變形鈹青銅。國際上通用的鈹青銅合金牌號以C為首。變形鈹青銅有C17000、C17200（高強鈹青銅）和C17500（高導鈹青銅）兩大類。與之相對應的鑄造鈹青銅則有C82000、C82200（高導鑄造鈹銅）和C82400，C82500，C82600，C82800（高強耐磨鑄造鈹銅）。世界上最大的鈹銅合金生產廠家為美國的Brush Wellman公司，其企業標準與國際標準對應，具有一定的權威性。中國生產鈹青銅的歷史幾乎與前蘇聯、美國等國同步，但列入國家標準的牌號只有高強度鈹青銅QBe1.9、QBe2.0、QBe1.7。其他高導鈹青銅或鑄造鈹青銅，根據石油工業和國防工業發展的需求已投入規模生產。

鈹青銅具有良好的綜合性能。其力學性能，即強度、硬度、耐磨性和耐疲勞性居銅合金之首。其導電、導熱、無磁、抗火花等性能其他銅材無法與之相比。在固溶軟態下鈹青銅的強度與導電性均處於最低值，加工硬化以後，強度有所提高，但電導率仍是最低值。經時效熱處理後，其強度及電導率明顯上升。

鈹青銅的機加工性能，焊接性能，拋光性能與一般的高銅合金相似。為改善該合金的機加工性能，以適應精密零件的精度要求，各國開發了一種含鉛0.2%～0.6%的高強鈹青銅（C17300），其各項性能等同於C17200，但合金的切削係數由原來的20%提高到60%（易切削黃銅為100%）。

鈹青銅是典型的時效析出強化型合金。高強鈹青銅的典型熱處理工藝是，在760～830℃温度保温適當時間（每25mm厚的板材至少保温60min），使溶質原子鈹充分固溶於銅母體中，形成面心立方晶格的α相過飽和固溶體。隨後，在320～340℃温度下保温2～3h，完成脱溶析出過程，形成γ′相（CuBe₂亞穩定相）。該相與母體共格造成應力場而強化了基體。高導鈹青銅典型的熱處理工藝是，在900～950℃的高温下保温一段時間，完成固溶過程，繼之在450～480℃下保温2～4h，實現脱溶析出過程。由於合金中添加較多的鈷或鎳，其彌散強化質點多為鈷或鎳與鈹形成的金屬間化合物。為進一步提高合金的強度，往往在固溶熱處理之後和時效熱處理之前，對合金施行一定程度的冷加工，旨在實現冷作硬化和時效硬化的綜合強化效果。其冷加工度一般不超過37%。固溶熱處理一般應由合金生產廠進行。用户將經過固溶熱處理及冷軋的帶材衝製成零件後，自行時效熱處理，以獲得高強度的彈簧元件。近年來，美國又開發了由鈹銅生產廠家完成時效熱處理的帶材，客户可直接將其衝製成零件使用。鈹青銅經各種工藝處理後，歐美對於合金狀態的字母表示是：A表示固溶退火態（annealed），合金處於最軟狀態，易於衝壓加工成形，有待於下一步的冷加工或直接時效強化處理。H表示加工硬化態（hard），以冷軋板材為例，37%的冷加工度為全硬態（H）、21%的冷加工度為半硬態（1/2H）、11%的冷加工度為1/4硬態（1/4H），用户可根據所要衝制零件形狀的難易程度而選擇適宜的軟硬狀態。T表示已經時效強化熱處理狀態（heat treatment）。如採用形變與時效綜合強化的工藝則其狀態以HT表示。 ^[1] 

鈹青銅合金中所含的鈹，其質量百分數為2%，但原子百分數達9.0122%。在熔鍊、鑄造、熱處理、焊接、切削機加工等高温操作時，會形成氧化鈹（BeO）。大部分氧化鈹會牢固地附着在原工件表面，但在激烈運動如切削加工、拋光、焊接等操作中，細微顆粒（小於10μm）的粉塵會懸浮於空氣中，操作工人若吸入過量，會導致“鈹肺”職業病。因此，上述工作環境必須有完善的定向排風裝置。切削加工、拋光等工序必須在有冷卻液的濕潤狀態下進行。美國職業安全與衞生管理局（OSHA）就此規定的標準為：對鈹製品操作車間及其周圍環境實行定期的空氣取樣，對於每日工作8h的工人，其工作環境的鈹含量不得超過2μg/m³。為減少鈹銅帶來的污染，中國和日本等近年來開發了鈦及彈性與之相近，在一些工作場合，可作為鈹青銅的良好代用材料。 ^[2]