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铍铜合金与钢:哪种金属更难加工?

通过希瓦南达帕布
出版日期:2020年3月26日
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虽然某些钢合金比铍铜具有明显的成本优势,但铍铜在耐腐蚀性、导热性和导电性以及无火花特性方面优于钢。

为了满足苛刻的应用要求,规范制定者和腐蚀工程师一直在寻找性能组合恰到好处的材料,他们将铍铜合金等材料作为钢的最佳替代品进行评估。

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什么是铍铜?

铍铜(BeCu)合金通常被称为铍青铜,含有,在某些情况下还有其他因素。这一点的显著特点合金使其成为需要高强度,硬度,硬度的特定应用的理想选择卓越的电导率,无火花特性,耐腐蚀性以及其他特点。

铍铜是一种著名的高性能金属合金。仅仅在铜中添加2%的铍,就可以生产出比铜本身强近600%的合金。它结合了铜合金的优点和高性能抗拉强度. 此外,它可以通过简单的方法硬化或软化热处理工艺。它有一些类似于强碱的机械性能合金钢.

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铍铜在所有铜合金中具有最高的拉伸强度和硬度。热处理的铍铜合金的强度与一些钢合金的强度相当;然而,钢差不多于铍铜耐腐蚀性导热系数电导率(有关其他金属的信息,请参阅耐腐蚀金属指南。)

在石油和天然气和煤矿产业中,需要非火花的性能,在铍铜制成的工具优先于钢铁工具。

某些专利产品已经开发出来,具有陶瓷铸造和熔模铸造应用所需的高强度、硬度和耐腐蚀性。铍铜165C特种合金具有高耐腐蚀性,已开发用于盐水浸入服务.

铍铜的特征

铍铜的主要特征包括:

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然而,氧化铍化合物也被考虑在内有毒的如果意外吸入,则可能需要在生产、搬运和使用BeCu合金期间采取安全措施。

因为铍金属本身是易碎的,在铍铜中作为合金元素使用的比例非常小(例如,1.5%至3%)。要求较高硬度的应用含有较高比例的铍,而中等硬度的弹簧使用较低比例的铍。铍含量低于1%且钴含量略高(略高于2%)的铍铜合金优先用于高导电性应用。

铍铜的耐蚀性和力学性能

铍铜比通常用于弹簧和其他压力敏感设备的钢在正常环境条件下具有更高的耐腐蚀性。研究还证实,铍铜具有优异的耐腐蚀性与…相比不锈钢在海水中。(要了解更多关于不锈钢的信息,请阅读不锈钢简介)但是,铍铜不应与乙炔或硫化合物,因为它们将与该合金发生反应。

经过热处理的冷加工铍铜锻件的抗拉强度为50-55吨/平方英寸,具有伸长百分率相比之下,低碳钢的抗拉强度为25吨/平方英寸(50000磅/平方英寸)。铍铜线具有拉伸强度150000-230000磅/平方英寸和类似钢级ASTM A 229的1级钢丝的抗拉强度为165000-293000磅/平方英寸。

铍铜合金不易发生应力腐蚀开裂(由氯化物引起)或氢脆铍铜用于制造美国和欧洲之间海底跨大西洋通信电缆的连接器。

铍铜合金的电导率

低铍BeCu的导电率可在45%IACS至52%IACS之间变化(进行热处理以达到最佳导电率时达到的最高值;在这种情况下达到的最佳电阻率对应于3.3至3.6微欧姆)。普通BeCu合金的导电率在IACS的32%到38%之间。(注:IACS是国际退火铜标准。)

相反地钢的导电性从2.4%IACS变化(对于347不锈钢)至2.98%IACS(用于高合金钢)。

铍铜25合金的导热系数为105瓦/开尔文/米,而碳钢它是45瓦/开尔文/米,不锈钢是15瓦/开尔文/米。通常,铍铜合金具有3至5倍的导热系数与此相比工具钢.

铍铜的应用

A.铍铜合金的研究及其应用铍铜合金进入以下几类:

  1. 基于高强度和弹性:压敏高精度仪器、膜片、弹簧
  2. 基于高导电性、良好的耐腐蚀性和强度:电极和电阻焊支架
  3. 基于硬度和强度:用于锻造金属和拉深金属的模具
  4. 基于无火花特性和硬度:需要无火花工具和工具的危险应用

第一类申请

使用用于弹簧和压力敏感精密器具和仪器的铍铜金属合金的优点是在硬化和硬化之前使金属变成复杂的几何形状。回火由于这种合金的导电性比其他种类的钢高得多,由于其弹性和非磁性,铍铜也被优先用于电测量仪器。这种铜合金也被用于制造时钟发条。

第2类申请

用于电阻焊接的电极夹和电极必须具有硬度和强度,以承受变形在较高温度下,必须具有高电和导热性的特征。通过研究开发的专有铍铜合金包​​括含有钴和银的低铍铜。类似地,具有高传热特征的低铍铜用于制造燃料油和燃气燃烧器。

尽管焊接用铍铜,操作员必须确保他们不会吸入烟雾,因为铍烟雾是有害的,并且被认为是致癌的。处理铍铜时需要注意事项,如气割、焊接、,钎焊,抛光,整理,爆破,研磨,加工或锯切,因为铍烟雾和粉尘可能对操作员有害.

第3类申请

在深冲模具和锻模中使用铍铜的优点是易于通过精密铸造、机加工和后续工艺硬化进行制造。优越的耐磨性和较高的导热性确保操作周期缩短,特别是在塑料成型中,与同等尺寸钢模具的操作周期相比。

第4类申请

铍铜合金用于制造无火花安全工具,适用于危险场所,如机场、石油和天然气设施、煤矿、生产和使用弹药和炸药的设施,以及分配、储存和使用易燃油和气体的工厂。

铍铜制成的安全工具总清单包括螺丝刀、钳子、钢锯片、剪刀、铲子、锤子、扳手、凿子、刀、剪刀和刮刀。这些工具可以铸造、轧制或锻造。用于钢切削的刀具保留其切削刃,因此确保了使用寿命和效率。(相关阅读:乙烯基涂料在工具和小型金属零件上的应用。)

在危险场所,由钢材制成的工具可以产生由于微小的火花含铁的飞出的颗粒和在冲击力矩产生的热量。这些颗粒立即氧化,从而提示自动点火易燃材料。如果使用铍铜合金工具,则用诸如固体的冲击产生的颗粒具体的不要立即氧化,将火花危险降至最低。虽然铍铜工具对铁固体的冲击过程中,铁颗粒被氧化的可能性很小,但如果采取正常的预防措施,风险要低得多。

BeCu合金的其他显著应用

使用铍铜合金低温的因为它们在较低温度下始终保持导热性和机械强度。涂层四冲程内燃机的气门座阀门现在由铍铜合金制成,因为散热速率优于由阀座的耗散速率优于黑色金属(相关阅读:了解黑色金属和有色金属:了解这些关键差异。)

由于该合金的导电性和导热性、易于小型化和优越的强度,正在为计算机电子和移动电话开发微型化组件。

其他应用包括Undersea电缆连接器和高质量的专业打击乐器。三角形和手提包由铍铜合金制成发出一致的共振和高质量的音调.

因为铍铜是非磁性的,所以它用于钻井(MWD)工具的定向钻孔和测量中的磁力计。因为铁件可以干扰磁共振成像(MRI)过程,所以由A的零件制成有色金属如铍铜是一个明显的选择。

结论

虽然某些钢合金比铍铜具有明显的成本优势,但铍铜在耐腐蚀性、导热性和导电性以及无火花特性方面优于钢。在热处理后,铍铜在强度和硬度方面等于一些合金钢。

无火花特性使这些合金适用于煤矿和石油钻塔等易爆炸设施的工具。

铍铜合金具有较小的弹性模量,因此在类似荷载下,比钢弹簧产生更大的挠度。由于良好的导热性和导电性,铍铜合金是电阻焊中首选的电极和支架。易于成形和成形精度使铍铜具有明显的优势。

最大的缺点是有毒的铍粉尘和烟雾;因此,在某些情况下使用这些合金时,必须采取安全措施。

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Shivananda Prabhu剖面图

Shivananda Prabhu是来自迈索尔、卡纳塔克邦、印度和PGDBM的研究生工程师(相当于MBA)。来自十大管理机构XLRI。他曾在Jamshedpur塔塔钢铁公司担任维护领域的经理和专家,负责摩擦学、润滑、磨损预防、腐蚀预防、维护管理和状态监测。他对损失预防和价值工程以及知识管理做出了贡献新举措。

他后来担任技术培训师、安全培训师、ISO 9001、ISO 14001首席审核员、管理培训师、培训和人力资源专家。

大约四年,他在PG机构的学者工作,作为浦那的IPS(管理学院)主任。他还为研究论文,报纸,贸易期刊和网站的编辑和作者工作了三年。总体而言,他的经验跨越了超过25年。

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