C17200是美国ASTM标准的牌号,它是铍青铜家族中最经典、应用最广泛的合金之一。在中国对应的牌号为 QBe2(旧标)或 QBe1.9(新标)。
C17200是一种典型的沉淀硬化型铜合金,其成分特点是低含量铍加上少量钴或镍作为第三元素。
元素 | 含量(重量百分比,%) | 作用 |
铍 (Be) | 1.80 ~ 2.00 | 核心合金元素。通过固溶和时效处理形成弥散分布的γ相,产生强烈的沉淀硬化效果,是获得超高强度的关键。 |
钴 (Co) 或 镍 (Ni) | 0.20 ~ 0.25 (Co) | 改良剂。与多余的铍形成化合物,抑制过时效,细化晶粒,提高时效稳定性和强度均匀性。通常用钴,也有含镍的变种。 |
铜 (Cu) | 余量 | 基体,提供基本的导电、导热和塑性。 |
杂质 (Fe, Si, Al, Pb等) | ≤ 0.5 | 严格控制,防止对性能产生不利影响。 |
注: 有时会添加微量的 硅 (Si) 或 镁 (Mg) 以进一步改善性能。
C17200的性能非常独特,被誉为“有色金属的弹性之王”。其性能高度依赖于热处理状态。
合金经历“固溶处理 + 冷加工 + 时效处理”来获得最佳性能。
固溶态 (O态): 软态,强度低,塑性极好,易于进行冷加工或成形。
时效态 (TH04, TH01等): 通过低温时效(约300-320°C,2-4小时),析出强化相,达到峰值性能。
典型机械性能 (时效后):
抗拉强度 (σb): 1100 ~ 1400 MPa (可与高强度钢媲美)
屈服强度 (σ0.2): 1000 ~ 1200 MPa
伸长率 (δ): 2% ~ 10% (取决于冷加工程度)
硬度: HRC 36 ~ 42 (约HV 370-420)
弹性极限高,弹性滞后小: 这是其作为优秀弹性材料的核心。
导电/导热性: 约为纯铜的 20-25% (IACS)。在拥有超高强度的金属中,这个导电率已经非常出色,远高于钢和不锈钢。
无磁性: 不产生磁干扰,也不受磁场影响。
耐磨性: 极佳,特别适合做轴承、齿轮等耐磨件。
耐疲劳性: 非常好,抗应力松弛能力强,适合制作长期受力的弹簧。
耐腐蚀性: 在大气、海水、油类及许多化学介质中,耐腐蚀性能与纯铜相似。不耐氨及酸性环境。
低温性能: 在低温下强度和塑性不降反升。
加工性: 固溶态下成形性良好;硬化后切削加工性尚可,但磨削性好。
可焊接性: 良好,可采用钎焊、电阻焊、电子束焊等。焊接后需重新固溶时效以恢复性能。
极高的强度、硬度和疲劳强度。
优异的弹性性能(弹性模量约128 GPa),弹性滞后小,弹力精准。
良好的导电性和导热性。
出色的耐磨性和抗咬合性。
无磁性、耐腐蚀、耐低温。
在撞击时不产生火花(安全特性)。
成本高昂: 铍是稀有、昂贵的金属。
工艺复杂: 必须通过严格的热处理才能获得最佳性能。
潜在健康风险: 铍及其化合物有毒(特别是粉尘和烟雾),吸入可能导致慢性铍病。加工(如打磨、焊接、熔炼)时必须采取严格的防护措施。
塑性相对较低(在峰值强度状态下)。
基于其“高强度+高导电+高弹性”的组合,C17200广泛应用于高端工业领域:
关键弹性元件: 高级弹簧(如膜盒弹簧、精密仪器弹簧)、波纹管、继电器触点簧片。
模具: 塑料注射成型模具(镶件)、吹塑模具、压铸模具镶件(因其高强度、高导热和耐磨性)。
耐磨件: 轴承、衬套、齿轮、泵部件、阀座。
安全工具: 无火花工具(用于石油、化工、矿山等易燃易爆环境)。
航空航天: 飞机轴承、起落架部件、导航系统弹簧。
电子电信: 连接器、开关触点、继电器。
中国: QBe2 (旧标 GB/T 5231), QBe1.9 (新标)
美国: C17200, Alloy 25
日本: C1720
欧洲: CuBe2
相关合金:
C17000 (QBe1.7): 铍含量略低,导电性更好(~22% IACS),强度略低。
C17300 (QBe1.9+Pb): 添加铅以改善切削加工性。
C17500 (CuCo2Be): 高钴(约2.5%)低铍(约0.5%),强度和硬度较低,但导电率极高(~45% IACS),用于要求高导电和高强度的场合。
C17200(铍青铜)是一种通过沉淀硬化获得超高强度、高弹性、同时兼具良好导电导热性的高端铜合金。 它在需要承受高应力、高疲劳载荷,同时又要求无磁性、耐腐蚀或良好导电性的精密工程领域是不可替代的关键材料,但其高昂的成本和加工要求限制了其应用范围。使用和加工时务必注意其铍元素的毒性,做好安全防护。