QBe1.9-0.1 铜合金(铍青铜) 的成分和性能。
首先,这个牌号是中国的国家标准(GB)牌号。其中:
Q 代表“青”铜。
Be 代表主添加元素“铍”。
1.9 代表名义(平均)铍含量约为 1.9%。
-0.1 通常代表次要添加元素“钴”或“镍”的含量约为 0.1%(用于细化晶粒,抑制过时效)。
它是一种高性能的沉淀硬化型铜合金,也是所有铜合金中综合性能最顶尖的之一。
下表是其主要成分范围(重量百分比,wt%):
元素 | 含量(%) | 作用 |
铍 (Be) | 1.80 ~ 2.10 | 核心合金元素。形成强化相(γ’相),是超高强度的来源。 |
钴 (Co) 或 镍 (Ni) | 0.10 ~ 0.40 | 复合添加。与铁、硅等形成弥散分布的化合物,细化晶粒,抑制时效过程中强化相的长大,提高稳定性。 |
铁 (Fe) | ≤ 0.15 | 通常与钴/镍复合添加,辅助晶粒细化。 |
硅 (Si) | ≤ 0.15 | 杂质元素,需控制。 |
铝 (Al) | ≤ 0.15 | 杂质元素,需控制。 |
铅 (Pb) | ≤ 0.05 | 有害杂质,影响热加工性和性能。 |
铜 (Cu) | 余量 | 基体。 |
注意:QBe1.9 与更常见的 QBe2(铍含量1.9~2.2%)性能极为接近,有时在生产和应用中不作严格区分。钴/镍的添加使其比纯二元铍铜(如C17200)具有更好的性能一致性和抗过时效能力。
QBe1.9-0.1 的性能可以通过“固溶处理 + 时效处理”来获得巨大提升。其性能特点如下:
1. 极高的强度和硬度(在所有铜合金中名列前茅)
时效态抗拉强度 (Rm):可达 1100 ~ 1400 MPa,甚至更高,堪比高强度钢。
时效态硬度 (HV):可达 350 ~ 420 HV(约合洛氏硬度 36 ~ 42 HRC)。
对比:其强度是普通黄铜(H62)的3-4倍。
2. 优异的弹性性能
高的弹性极限和比例极限:使其在承受较大载荷时不易发生永久变形。
极小的弹性滞后:弹性恢复能力极好,适合制造精密弹性元件。
高疲劳强度:在交变载荷下工作寿命长。
3. 良好的导电性和导热性
导电率:约为纯铜(IACS 100%)的 20% ~ 30%(具体取决于时效状态)。虽然远低于纯铜,但在同等强度级别的金属材料中,这个导电率已经非常出色。
导热性:同样优秀,有利于散热。
4. 出色的耐磨性、耐腐蚀性和抗应力松弛性
耐磨性:高硬度赋予了其优异的耐磨损和抗粘着磨损能力。
耐腐蚀性:在大气、海水、许多有机酸和盐溶液中耐蚀性良好,接近纯铜。
抗应力松弛:在高温下(如100-150℃)仍能保持其弹性和夹紧力,不易发生蠕变松弛,这对于长期工作的紧固件和弹簧至关重要。
5. 良好的工艺性能
固溶态(淬火后):非常柔软(HV ~100),易于进行冷加工、冲压、深拉等复杂成形。
成形后进行时效处理:即可获得极高的强度和弹性,这是其核心工艺优势。
无磁性、受冲击时不产生火花(安全特性)。
性能指标 | 单位 | 固溶处理态(软态) | 时效硬化态(硬态) |
密度 | g/cm³ | 8.23 | 8.23 |
熔化温度范围 | °C | 865 ~ 980 | 865 ~ 980 |
热导率 (20°C) | W/(m·K) | ~105 | ~85 |
电导率 (20°C) | % IACS | ~18 | ~22 |
抗拉强度 (Rm) | MPa | 400 ~ 550 | 1100 ~ 1400 |
屈服强度 (Rp0.2) | MPa | 200 ~ 300 | 1000 ~ 1200 |
伸长率 (A) | % | 35 ~ 60 | 2 ~ 10 |
硬度 | HV | 90 ~ 120 | 350 ~ 420 |
弹性模量 (E) | GPa | ~128 | ~128 |
固溶处理:在 780 ~ 800°C 下加热并保温,然后快速水淬。得到过饱和的、柔软的α固溶体。
时效处理:在 300 ~ 340°C 下保温 2 ~ 4 小时,然后空冷。强化相(γ’)弥散析出,使合金达到峰值强度。
基于其“高强度、高弹性、高导电导热、耐疲劳、耐腐蚀”的综合特性,它被广泛应用于高端领域:
电子电信:高端连接器、继电器、开关触点、导电弹簧片、膜片。
精密仪器:高可靠性弹簧、膜盒、波纹管、高速轴承、齿轮。
模具工业:塑料注塑模具(镶件、模芯)、压铸模具,利用其高强度、导热性和不粘附性。
石油化工:防爆工具、在易爆环境中使用的无火花工具。
航空航天与军工:高负载、高可靠性的关键弹性元件和结构件。
价格昂贵:由于铍是战略稀有金属,成本远高于其他铜合金。
加工有毒性:在固态下加工(如切削、打磨)是安全的。但在熔炼、铸造、焊接或高温研磨时,产生的铍蒸气或粉尘有剧毒,必须在严格的专业防护和通风条件下进行。
工艺敏感:热处理工艺对最终性能影响极大,需严格控制。
总结来说,QBe1.9-0.1 铍青铜是一种“贵族”铜合金,它牺牲了部分导电性和成本,换来了无与伦比的综合机械性能,是要求高强度、高弹性、高疲劳寿命和良好导电性场合的不可替代的关键材料。