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何謂變形？
時(shí)效硬化（又稱時(shí)效，脫溶強(qiáng)化，或簡(jiǎn)稱為熱處理）是為充分提高鈹銅合金的強(qiáng)度和硬度而作的升溫?zé)崽幚�。鈹銅的時(shí)效硬化狀態(tài)，是在機(jī)加工或沖制成零件以后，進(jìn)行熱處理的。工廠強(qiáng)化的鈹銅合金，以時(shí)效硬化的狀態(tài)供貸。在成型以后無需進(jìn)一步熱處理，沒有變形的問題。當(dāng)時(shí)效硬化處理是在零件成型以后進(jìn)行的。就會(huì)發(fā)生尺寸或形狀的變化。
什么原因?qū)е菱斻~零件的變形？
鈹銅在時(shí)效硬化過程中包含了一種冶金脫溶過程，即一種硬的鈹化合相從銅合金母體中析出。該硬化相的密度較母體的高，在升溫時(shí)效其形成的過程中導(dǎo)致體積的輕微變化。體積的變化是負(fù)的，即密度提高，對(duì)于高強(qiáng)鈹銅合金（合金25，M25和165），其體積變化約為－0.6％，相對(duì)來說，高強(qiáng)鈹銅合金其尺寸的線性變化為－0.2％。這一數(shù)值是近似的，因?yàn)楹辖鸬臓顟B(tài)，還有時(shí)效的溫度和時(shí)間對(duì)體積的變化均有輕微的影響。
高導(dǎo)鈹銅合金，因其鈹含量較低，時(shí)效過程中的體積變化幾乎為零。這些低鈹合金沒有時(shí)效變形的問題。
如果時(shí)效過程中，零件的體積變化是均勻的，其密度是均勻地提高，則對(duì)零件的整體外形沒有影響。這種均勻的變化，可以在尺寸設(shè)計(jì)的計(jì)算中予以考慮，不會(huì)出現(xiàn)大的問題。另一方面，如果體積變化是不均勻的，就會(huì)發(fā)生變形問題。有幾種因素會(huì)導(dǎo)致鈹銅零件的不均勻時(shí)效硬化。
時(shí)效大尺寸或長(zhǎng)形零件時(shí)，溫度的不均勻性是可能變形的一個(gè)根源。然而，由沖壓或機(jī)加工成型的小零件，即使其時(shí)效溫度非常均勻，也會(huì)出現(xiàn)變化問題。
機(jī)加工成型操作，例如，車銑、沖壓、彎曲、壓花、校直等造成的殘余應(yīng)力，是這些小零件時(shí)效過程可能發(fā)生變形的最大的原因。例如，一個(gè)平整的帶材，成形為一個(gè)簡(jiǎn)單的彎曲，如圖1所示，在其彎曲的內(nèi)側(cè)承受壓力，而在外側(cè)承受拉力。
由于鈹銅時(shí)效硬化時(shí)伴隨著體積的收縮（密度提高），依據(jù)Lechatelier定律，壓應(yīng)力的存在將局部地促進(jìn)或增強(qiáng)時(shí)效效應(yīng)。相反，拉應(yīng)力則將抑制時(shí)效過程。帶有彎曲的零件進(jìn)行時(shí)效時(shí)，在彎曲半徑的內(nèi)側(cè)，其時(shí)效效應(yīng)（由此，其體積收縮）最大，透過帶材的厚度到彎曲半徑的外側(cè)，其時(shí)效效應(yīng)逐漸減小。在時(shí)效過程中，由于彎曲內(nèi)側(cè)出現(xiàn)較大的體積收縮導(dǎo)致了圖1中的90o彎曲角的增加。如圖2所示。 平面的零件較其它形狀的零件更容易出現(xiàn)時(shí)效變形的問題，這是因?yàn)樵O(shè)計(jì)中缺乏提高其剛性的因素，而且隨尺寸的加長(zhǎng)，其變形的傾向性加大。和彎曲角發(fā)生變化一樣，時(shí)效變形會(huì)導(dǎo)致彎曲、扭曲、皺縮和波浪形。
雖然時(shí)效變形是發(fā)生在時(shí)效處理期間的初期，但是加熱速度對(duì)變形無效果，時(shí)效硬化后的冷卻速度對(duì)于變動(dòng)也沒有影響。
如何控制零件的變形？
合金及其狀態(tài)的選擇，裝夾具，時(shí)效硬化的條件，以及沖壓成型的調(diào)整，可以用以控制零件的變形。
多數(shù)的時(shí)效變形問題是由于應(yīng)力分布不均勻而發(fā)生。用以控制這一問題的技術(shù)是隨零件的形狀而變換。大尺寸的零件，包括長(zhǎng)棒和管，在時(shí)效時(shí)，可將它們固緊在鋼性的梁（桿）上或夾緊在兩個(gè)平板之間，避免金屬的移動(dòng)。而對(duì)于其它形狀的零件，可以通過緊緊地封裝在砂土中來定型。較小的杯突狀沖壓零件，可以通過套裝來固緊。但是，由于零件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，其緊固方式并非萬能的。薄的平面零件有時(shí)候可以自行緊固，包括通過設(shè)計(jì)內(nèi)平面的加強(qiáng)筋圖案。
狀態(tài)的選擇又提供了控制變形的加一種方法。改變狀態(tài)，也意味著時(shí)效以后，獲得一組不同的性能。對(duì)于冷加工狀態(tài)的大尺寸棒材的變形問題，往往采用退火態(tài)的棒材來代替，其結(jié)果要好些。在這種情況下，冷加工帶來的殘余應(yīng)力完全被排除掉了，在有些時(shí)候，可以通過改善殘余應(yīng)力的均勻性來解決變形問題。例如，為盡量減小時(shí)效的變形，在滿足其成型性要求的情況下，盡量選取最硬狀態(tài)的鈹銅合金。
成型操作本身，也可以用以促進(jìn)應(yīng)力分布的更為均勻。如圖1所示，一個(gè)簡(jiǎn)單的直角彎曲是通過金屬的塑性變形產(chǎn)生的。彎曲的外側(cè)承受拉力，內(nèi)側(cè)為壓力。換一種方式，獲取同樣的彎曲圖案，零件可在開始時(shí)彎曲到超過直角，而后彎回到要求的角度，如圖3所示的兩個(gè)步驟。
反向（第二次）彎曲操作，將在外側(cè)產(chǎn)生壓力，（初始成型時(shí)，產(chǎn)生拉力），相反，內(nèi)側(cè)產(chǎn)生拉力，通過兩次相繼的彎曲步驟產(chǎn)生的相反的應(yīng)力狀態(tài)，某種程度上將互相“抵消”，或者減少了總的不均勻性。
大的彎曲半徑將減小應(yīng)力的不均勻性。然而，非常大的彎曲半徑時(shí)，沖制成型后的彈性回彈，會(huì)導(dǎo)致在彎曲內(nèi)側(cè)和外側(cè)的殘余應(yīng)力轉(zhuǎn)換了符號(hào)。在這種情況下，時(shí)效變形的方向，與小彎曲半徑時(shí)所見的正好相反。沖壓模具也會(huì)是產(chǎn)生殘余應(yīng)力的根源，導(dǎo)致變形問題。鈍的工具或者過大的模具間隙，在沖制的邊緣產(chǎn)生高的殘余應(yīng)力，加劇了變形。尤其是對(duì)于非常窄的零件。
如果應(yīng)力，或者更重要的是，應(yīng)力的不均勻性不能排除了，可以調(diào)整時(shí)效硬化的條件，以減少變形。在較高溫度下時(shí)效硬化（相應(yīng)縮短時(shí)間）將減少變形。高溫時(shí)效也會(huì)降低合金可以達(dá)到的峰值強(qiáng)度或硬度。舉個(gè)例子，如果合金25的時(shí)效溫度從315℃的標(biāo)準(zhǔn)溫度提高到370℃，其時(shí)效時(shí)間則將從2±1小時(shí)，降低到30±3分鐘，其峰值強(qiáng)度則減少約10kg/m.m2(10Mpa)。在370℃時(shí)效時(shí)的變形明顯地減少了，但是減少的幅度取決于零件的初始應(yīng)力狀態(tài)。
時(shí)效硬化之前，進(jìn)行消除應(yīng)力處理，可能減少某些殘余應(yīng)力，但是這并不能始終有效地排除時(shí)效變形。通過消除應(yīng)力，降低了殘余應(yīng)力的水平，但是殘余應(yīng)力的不均勻性依然存在。
時(shí)效周期中，過程的控制（受批量、設(shè)備和零件形狀的影響）以及所要求的強(qiáng)度水平，將確定最佳的時(shí)效硬化溫度。所選擇的溫度應(yīng)盡可能減少變形。隨著任何過程的變化，應(yīng)當(dāng)先進(jìn)行小試樣的試驗(yàn)。在改變時(shí)效硬化的溫度和時(shí)間時(shí)，先試驗(yàn)一下工藝條件。
結(jié)論
鈹銅零件在時(shí)效硬化過程中的變形，通常是由于不均勻殘余應(yīng)力造成的。這種變形可通過以下方法來減少或排除：
1． 改用工廠硬化狀態(tài)的合金；
2． 選用成型性滿足要求的最硬態(tài)的合金；
3． 在時(shí)效硬化過程中裝夾具緊固；
4． 排除零件內(nèi)的應(yīng)力；
5． 保證均勻的應(yīng)力分布；
6． 提高時(shí)效硬化溫度，并縮短在該溫度下的時(shí)效時(shí)間；
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