Le cuivre au béryllium est un alliage de cuivre typique à haute-performance, largement utilisé dans l'électronique, l'électronique automobile, les relais de précision et les nouveaux équipements énergétiques en raison de sa combinaison de haute résistance, haute élasticité, haute conductivité et excellente résistance à la fatigue. Dans la fabrication de composants structurels de précision, le cuivre-béryllium est souvent transformé en ressorts, contacts et divers composants structurels conducteurs de haute fiabilité, tels que les estampages en cuivre-béryllium, les contacts à ressort en cuivre-béryllium et les ressorts de contact électrique BeCu. Ces composants nécessitent généralement des processus d'emboutissage de précision ou d'emboutissage progressif. Par conséquent, la formabilité du matériau a un impact décisif sur la qualité du produit final.
Du point de vue du système matériel, le cuivre-béryllium appartient à l'alliage de cuivre typique à durcissement par précipitation-. Grâce au traitement en solution et au durcissement par vieillissement, un état de matériau combinant une résistance élevée et une bonne conductivité peut être obtenu. Par conséquent, les alliages de cuivre-béryllium sont souvent utilisés dans les systèmes de connexion électrique à haute fiabilité. Dans ces applications, le matériau doit posséder d'excellentes capacités de récupération élastique tout en maintenant une conductivité stable dans des conditions de chargement cyclique à long -terme.
Cependant, dans la production réelle d'emboutissage, certaines bandes de cuivre au béryllium présentent des fissures localisées, voire des fractures, pendant la phase de formage. Cela affecte non seulement le rendement du produit, mais augmente également les coûts de production. En particulier dans les processus de formage de haute-précision tels que l'estampage au BeCu, l'estampage en alliage de béryllium ou l'estampage de précision au béryllium, les défauts des matériaux sont souvent amplifiés, entraînant la propagation de fissures lors de l'emboutissage.
Des tests plus approfondis ont révélé des niveaux significativement élevés d'éléments d'impuretés tels que le magnésium (Mg) et le calcium (Ca) dans le matériau. La teneur en Mg était d'environ 242 mg/kg, tandis que la teneur en Ca était d'environ 341 mg/kg. Pour les matériaux en cuivre-béryllium de haute pureté, la teneur en ces impuretés doit généralement être contrôlée en dessous de 50 mg/kg. Une teneur excessive en impuretés a un impact négatif sur l'uniformité de la microstructure et les propriétés mécaniques du matériau.
Dans les systèmes de matériaux en cuivre-béryllium, des éléments tels que Mg et Ca ont une capacité de solution solide élevée dans la matrice de cuivre, mais ils forment également facilement des inclusions d'oxydes avec l'oxygène. Par exemple, le Ca se combine avec l’oxygène pour former des particules d’oxyde de calcium. Ces particules sont généralement sphériques ou irrégulièrement réparties et existent dans la matrice sous forme d'inclusions. Dans la microstructure du matériau, ces inclusions présentent des différences significatives de propriétés physiques par rapport à la matrice de cuivre.
Lors de l'emboutissage, le matériau est soumis à des états de contraintes complexes, notamment des contraintes de traction, de cisaillement et de flexion. Lorsque des inclusions dures sont présentes dans le matériau, la capacité de déformation de ces zones est nettement inférieure à celle du métal de la matrice environnante, conduisant à une concentration localisée des contraintes. Lorsque cette concentration de contraintes atteint un certain niveau, des fissures s'initient à proximité des inclusions et se propagent dans la direction de déformation.
Dans les processus d'emboutissage réels, des fissures apparaissent généralement au fond du cratère d'emboutissage ou dans la zone de déformation la plus sévère, et la direction des fissures est souvent perpendiculaire à la direction de laminage. Cette caractéristique de rupture est typique dans des processus tels que l'emboutissage de feuilles de cuivre au béryllium et la fabrication de feuilles de BeCu. Lorsque des inclusions sont présentes au sein du matériau, les contraintes d’emboutissage se concentrent préférentiellement dans ces zones, formant ainsi des points d’initiation de fissures.
Pour éviter des problèmes de fissuration similaires, le contrôle qualité métallurgique doit être renforcé lors de la production des matériaux. Premièrement, les sources d'éléments d'impuretés doivent être strictement contrôlées pendant l'étape de coulée des lingots, réduisant ainsi l'introduction d'impuretés telles que le Mg et le Ca en optimisant la qualité des matières premières de fusion. Deuxièmement, des processus efficaces d'élimination des scories et des techniques de coulée par filtration peuvent être utilisés pendant le raffinage pour éliminer les inclusions non métalliques - de la masse fondue.
De plus, un contrôle strict de la microstructure du matériau est requis lors des processus ultérieurs de laminage et de traitement thermique afin de garantir l'uniformité du grain et la stabilité de la microstructure. Un système complet de gestion de la qualité des matériaux peut réduire considérablement la teneur en inclusions, améliorant ainsi la formabilité du matériau dans les processus d'emboutissage du cuivre à haute -conductivité et d'emboutissage de précision.
En général, la cause première des fissures d'emboutissage dans les bandes de cuivre au béryllium réside dans la présence d'inclusions non-métalliques telles que des oxydes de calcium dans le matériau. Ces inclusions perturbent l'uniformité de la microstructure du matériau, créant des points de concentration de contraintes localisés qui deviennent facilement des points d'initiation de fissures lors de la déformation par emboutissage. Le renforcement du contrôle qualité métallurgique des matières premières, la réduction de la teneur en éléments d'impuretés et l'optimisation des processus de fusion et de coulée peuvent améliorer efficacement la formabilité de la bande de cuivre au béryllium et réduire le risque de fissuration par emboutissage.
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