專利名稱：改進的可壓縮電連接件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種改進的可壓縮電連接件，以及特別適合制造這種電連接件的銅鈹合金。
背景技術：
人們已經(jīng)研制出用于將電線和電觸件連接在一起的許多種不同的可壓縮電連接件。

圖1和圖2所示為常用的可壓縮“陰”電連接件10，圖1所示為壓縮之前的連接件，圖2所示為壓縮后的連接件。在一般使用時，多個陰連接件10安裝在終端塊或其它用于連接到相配的多個“陽”連接件的裝置上。
如圖所示，陰連接件10包括由插座16限定的彈簧部分14，用來可卸開接受相配的陽連接件的相應突出部分。另外，陰連接件10還包括一壓縮部分16，用來壓縮將該連接件永久固定到電線上。在所示的具體實施方案中，由壓縮筒20形成壓縮部分16，該卷縮筒是一個能確保固定插入其中的電線末端的中空圓柱體部分。
要使圖1和圖2所示的可壓縮電連接件能夠工作得當，這種電連接件必須具備一定的性能組合。首先，彈簧部分14必須具有足夠的屈服強度來抵抗其與相配連接件配合時的永久變形。這是必需的，為的是使彈簧部分14提供足夠的彈性力(springforce)，確保將相配陽連接件固定在位，即使陰連接件和陽連接件重復地連接、分開和再連接的話。其次，要使部分16必須具備足夠的延展性，以免在壓縮時發(fā)生開裂。如果在壓縮時壓縮部分產生開裂，這種壓縮的連接會失效，使連接件不起作用。
在制造圖1和圖2所示類型的連接件時，高速自動化成形設備將要求最終直徑的連續(xù)線材切成許多段，然后冷鍛(冷鐓(cold heating))和/或切削加工這些段成為要求的形狀。然后對這些部分進行熱處理，通過形成線材的合金的沉淀硬化，來提高強度和/或硬度，從而制成最終的連接件產品。
在這方面，圖1和圖2所示的電連接件一般用的是銅合金，如C19150或C19160，都包含標稱的1％Ni、0.2％P，余量Cu，以及分別0.5％或1％的Pb。這類合金制造過程的結束幾個步驟通常是(a)將棒冷拉，達到最后退火時直徑之前的加工直徑(aready to finish anneal diameter)，(b)將冷拉的棒進行固溶退火，(c)將經(jīng)固溶退火的棒冷拉至最終直徑。此最終直徑的合金可由連接件的制造廠家趁它還較軟時再進行成形，然后通過熱處理使其硬化和增強。使用這種類型的銅合金是因為它們具有導電率、彈性和拉伸強度的恰當組合。
不幸的是，這種類型經(jīng)熱處理的合金，其室溫延展性較差。結果，由這類熱硬化合金制成的連接件在通過壓縮或類似操作固定到電線之前，必須局部軟化，如果不軟化就進行壓縮，連接件會產生開裂乃至碎裂。
在行將壓縮之前，實際上一般用激光、電子束、感應法或其它點加熱方法局部加熱連接件的壓縮部分16對其退火，而同時保留彈簧部分14在原來充分的熱處理后的強度。這個局部退火步驟固有的成本較高，結果明顯增加了使用這種設計的電連接件的成本。
因此，本發(fā)明目的是提供圖1和圖2所示類型的新的電連接件，它具有和常用連接件基本相同的強度、彈性和導電率，但是還具有足夠的室溫延展性，使其能通過壓縮固定于電線，但不需象現(xiàn)有技術那樣要采用局部加熱軟化。
發(fā)明概述本發(fā)明基于這個發(fā)現(xiàn)而完成了這個目的，該發(fā)現(xiàn)是某些銅鈹合金在最終固溶退火之后以一定的方式冷加工和熱處理，就具有足以用作電連接件的屈服強度，但仍有足夠的延展性，可以不經(jīng)局部退火軟化的再加熱而能壓縮。
具體而言，本發(fā)明基于包含0.15-0.5％(重量)Be、0.4-1.4％(重量)Ni或Co或這兩者，以及0.2-1.0％(重量)Pb的銅鈹合金，如果為抵抗配合時的永久變形而進行了時效硬化至0.2％屈服強度在約60-80ksi之間，該合金也將具有足夠的延展性，不需局部再加熱下可以進行壓縮而不產生開裂，條件是合金在最終固溶退火之后進行40-80％的冷加工，還要進行過度時效硬化。
因此，本發(fā)明提供一種新型的電氣器件，它有一個反復配合后仍能保持要求的彈簧法向力(spring normal force)的彈簧端和能通過無開裂壓縮連接到電線或其它部件的壓縮部分，該壓縮部分在壓縮前不需局部退火，這種電氣器件由包含0.15-0.5％(重量)Be、0.4-1.4％(重量)Ni或Co或這兩者、0.2-1.0％(重量)Pb和余量銅以及難免雜質的合金制成，在最終固溶退火之后電氣器件進行40-80％的冷加工，并進行過度時效硬化處理，使形成該器件的合金達到最終0.2％屈服強度在約60-80ksi之間。這樣處理后，形成這種器件的合金通常還具有按面積縮小測定的約20-65％的延展性，更普遍約為30-65％的延展性。
形成電連接件的合金，其時效硬化宜為過度時效硬化，使合金拉伸強度小于在峰時效老化后達到的最大拉伸強度的大約90％。而且，要求在不高于約1650°F的溫度下進行合金的最終固溶退火。
本發(fā)明的一個實施方案中，形成連接件的合金具有70ki的0.2％屈服強度和約30％的延展性。另一個實施方案中，形成連接件的合金具有65ksi的0.2％屈服強度和約50％的延展性。
除電連接件外，本發(fā)明還提供對形成這些連接件有用的線材原料和棒材原料。一個實施方案中，假設這種原料將加工為符合尺寸并在轉移到電連接件制造廠家之前由原料供應廠進行時效硬化，此時連接件的制造廠家只需將這些原料切成合適長度的許多段，然后加工成要求的形狀。這一實施方案中，本發(fā)明提供連續(xù)線材或棒材的原料，這些原料由包含0.15-0.5％(重量)Be、0.4-1.4％(重量)Ni或Co或這兩者、0.2-1.0％(重量)Pb和余量為銅以及難免雜質的合金構成，該合金已在最終固溶退火之后進行了40-80％的冷加工，并進行了過度時效硬化，獲得在約60-80ksi之間的0.2％屈服強度以及約30-60％的延展性。
另一個實施方案中，假設原料供應廠提供給連接件制造廠家的是已加工到“最終尺寸”的原料，但未經(jīng)最終時效硬化。這一實施方案中，連接件制造者廠家將這些原料切成合適長度的許多段，通過一個或多個成形步驟包括壓力加工(work)和切削加工，將這些段加工成最終的形狀，最后根據(jù)本發(fā)明對這些制成的段進行過度時效熱處理，達到要求的0.2％屈服強度和延展性的結合。這一實施方案中，本發(fā)明提供連續(xù)的線和棒形狀的線材和棒材原料，它們由包含0.15-0.5％(重量)Be、0.4-1.4％(重量)Ni或Co或這兩者、0.2-1.0％(重量)Pb和余量為銅以及難免的雜質的合金構成，該合金在最終固溶退火之后進行大于40％至80％的冷加工。
最后，本發(fā)明還提供一種新穎的Be-Cu合金，該合金包含0.15-0.5％(重量)Be、0.4-1.4％(重量)Ni或Co或這兩者、0.2-1.0％(重量)Pb和余量為銅以及難免的雜質，該合金在最終固溶退火之后進行40-80％的冷加工，并進行過度時效硬化，獲得在約60-80ksi之間的0.2％屈服強度以及約20-65％的延展性，更好為30-60％的延展性。
附圖簡述參見下面附圖能更好地理解本發(fā)明。
圖1和圖2所示為適合本發(fā)明制造的電連接件的結構。
圖3說明用本發(fā)明合金制成本發(fā)明電連接件，其壓縮性和強度結合采用最終時效硬化的條件進行優(yōu)化。
詳細描述根據(jù)本發(fā)明，由于采用特定鈹銅合金形成的連接件，現(xiàn)有技術中電連接件的既可壓縮又驅動彈簧的壓縮部分進行的局部退火可以避免。
Be-Cu合金由于Be-Cu合金優(yōu)良的物理性能和電性能，尤其是拉伸強度和導電率，它是一類著名的合金商品。可參見Harkness等人的“鈹銅和其它鈹合金”，Matal Handbook，Vol.2，10th Ed.，@1993 AM Int′l。這些合金通過沉淀硬化機理能具有優(yōu)良的物理性能，沉淀硬化時在銅基質中形成許多非常細小的鈹顆粒，產生聯(lián)結性應變增強了合金。
由金屬錠的Be-Cu合金(鑄造的Be-Cu合金)形成可用制品，通常需用一系列的加熱和冷加工步驟，提供合金制品所要求的形狀、晶粒結構和性能，包括下列步驟(a)將金屬錠的塊狀改變?yōu)榻咏罱K要求的制品的形狀以及向合金提供精細而均勻或均相的鍛造晶粒結構的成形階段，(b)起硬化作用的富鈹沉淀物的成核和生長的硬化階段。
一般，成形階段包括一個或多個冷加工步驟和溶液熱處理(退火)步驟。冷加工既可在升高溫度(“熱加工”)或在較低溫度如室溫(“冷加工”)下進行。熱加工制造線材通常是用擠壓法進行的，這一過程將組成不均勻而晶粒粗大的鑄造結構轉變?yōu)榫鶆虻腻懺旖Y構。線材的冷加工通常是通過冷拉進行的。退火一般是將合金在約1500-1800°F(815-982℃)加熱約5分鐘至1小時，隨后迅速驟冷。退火對嚴重變形的冷加工結構進行了再結晶，并固溶最大量的鈹和其它可能存在的組分，使其保留在亞穩(wěn)定固溶體中。以備下一階段的沉淀退火硬化。還降低合金的內應力。冷加工和退火都可以進行多次，尤其如果冷加工形狀變化很大時。最后的固溶退火是在有待加工至最終尺寸時進行的。之后，合金或可進行一定量的冷加工，達到最后尺寸。
Cu-Be合金的沉淀硬化(“時效硬化”)通常在約500-1050°F(260-565℃)進行足夠的時間，一般約5分鐘至6小時，以達到合金的最大硬度。每一種Be-Cu合金一般在一特定溫度下進行固溶退火并可能還進行一定量的冷加工至最后尺寸，對該合金退火采取特定的時間/溫度組合，以便達到最大硬度，意味著如果合金加熱過分或不夠，其硬度和其它性能不如最佳值。因此，如果在最佳時間/溫度條件或接近這些條件下進行時效硬化的那些合金，稱其為“峰老化”的，而加熱不夠或過分則分別稱作“老化不足”或“過度老化”。從另一個角度看，老化不足的Cu-Be合金如果進一步加熱具有提高硬度的可能，而過度老化的Cu-Be合金進一步加熱只會更加軟化。
一般，如果需要，時效硬化可以若干步驟完成，但是通常需要小心從事以免過度老化。時效硬化通常是但并不總是在賦予合金最終產物形狀之后進行，因為當其較軟時比較硬時更易加工。
Be-Cu合金具有這樣的特性，是在時效硬化前進行的冷加工，可以提高時效硬化響應的速度和程度，至少直到每種合金固有的最大硬度。因此，工業(yè)實踐的時效硬化，通常是在最后固溶退火之后和時效硬化之前進行一定量的冷加工，該冷加工量最高達到面積縮小計的大約90％，即冷加工操作后，工件的橫截面積縮小最多達到大約90％。
本發(fā)明Be-Cu合金的化學組成本發(fā)明使用一特定種類的Be-Cu合金，這類合金的組成如下表I合金組成(重量％)

除上述各組分外，本發(fā)明的合金還含有最多總量的為0.50％(重量)的一種或多種下列組分(通常是雜質)鐵、鋁、硅、鉻、鋅、錫、銀、錳、鎂、鈦和鋯。這些合金中，鎳比鈷更常見，但鎳和鈷的混合也常見。
本發(fā)明使用的合金是“貧”Be-Cu合金。“貧”是指這些合金含有少于約0.5％(重量)，較好少于0.40％(重量)的鈹和少于約1.40％(重量)較好少于約1.25的鎳或鈷或這兩者。如果合金含有大于0.50％(重量)鈹，其強度會大于所需，延展性小于要求，導電率不夠，并由于作為合金元素的鈹?shù)某杀靖撸辖鸬某杀緯槐匾卦黾印Ｍ瑯樱绻景l(fā)明合金含有大于1.40％(重量)鎳加鈷，合金的強度過大、延展性不足，導電率也會降低。
本發(fā)明合金中加入鉛，可改善其切削加工性能。如果鉛的加入量不足，通常小于約0.2％(重量)時，在部件制造期間進行的切削步驟產生的切屑是長條形，難以離開刀具和工件的界面，這種情況會引起刀具的急劇毀損或加速其磨損。存在足夠鉛時，切屑會自己碎裂成較短長度，易于離開，避免了工具的毀損或過度磨損。如果鉛超過1.00％(重量)，更常是超過0.60％(重量)時，將錠料合金熱加工例如擠壓成線材時，合金容易產生裂紋或“熱裂”。
本發(fā)明Be-Cu合金的工藝是本領域已知的貧Be-Cu合金，例如在美國專利4,179,314(Wikle)、4,551,187(Church等人)、4,599,120(Church等人)和轉讓申請SN 08/738,880描述了這類合金，所述內容參考結合于此。這每一個專利都描述了退火和冷加工(或均進行兩次)，隨后時效硬化的Be-Cu合金。然而，在上述Wikle專利中，最終固溶退火之后的冷加工不超過30-40％，而在上述其它專利中，通常是在峰老化條件下進行時效硬化。
本發(fā)明不同于這些專利，是在最終固溶退火后的冷加工量大于現(xiàn)有技術通常的冷加工量，即按照面積收縮計約為40-80％，然后在最后的時效硬化步驟中進行過度老化。這種方法的結果，獲得的合金具有屈服強度和延展性的獨特組合，使合金如現(xiàn)有技術的連接件情況，能抵抗配合時的永久變形，但還可以使連接件在壓縮時不發(fā)生開裂，即使該壓縮部分沒有象現(xiàn)有技術那樣再加熱進行局部退火。
圖3更清楚地描這一有利結果，該圖表示實施例1-38中獲得的結果，這些實施例中試驗了本發(fā)明制造的電連接件的0.2％屈服強度、延展性(面積收縮％)和可壓縮性。在所有這些實施例中，電連接件由所要求化學組成的合金制成，這種合金在最后固溶退火后進行40-80％的冷加工。如圖3所示，這些合金一致具有約60ksi或更大的0.2％屈服強度，延展性為20-65％，較好為30-65％，而與時效硬化的過程無關。然而，只有屈服強度約為60-80ksi并已進行了過度時效硬化的那些合金，才能在室溫下壓縮而不產生開裂。其它合金，即老化不足、峰老化或時效硬化至大于80ksi的合金在壓縮時產生開裂，即使這些合金在其它方面即化學組成和經(jīng)歷的退火過程和冷加工過程相同。
用于形成本發(fā)明電連接件的Be-Cu合金，其工藝基本上和現(xiàn)有技術的工藝相同。然而，最后固溶退火后的冷加工(不包括連接件成形用的冷成形或冷鐓提供的另外冷加工)按照面積收縮計，應限定在約40-80％，而約50-70％冷加工，甚至約60％的冷加工更為典型。如果冷加工度小于約40％，則例如冷鐓來機械加工線材為合適的形狀會變得困難，并且過度老化的強度會不足。如果冷加工度大于約80％，過度老化的速度非常迅速，會有屈服強度下降至小于對要求的彈簧性能和延展性的最小合格值的危險。
附帶說明的是，還應當理解，在上段描述的冷加工不包括將合金例如通過冷鐓或冷成形最終成形為電連接件的額外冷加工。
至于時效硬化，基本上可采用達到上述過度老化的任何條件。例如，時效硬化通常在約900-1000°F(480-540℃)，更典型在950-975°F(515-525℃)進行3-9小時，更典型進行5-7小時，較高溫度可用較短時間，相反也是。過度老化較好要使得合金的拉伸強度不大于在峰老化時獲得的最大拉伸強度的95％，更典型不大于90％。
在這方面，應當理解本發(fā)明過度老化的Be-Cu合金通常具有至少約50％LACS，更好為60％LACS或更大的導電率，這個導電率通常高于同樣化學組成合金經(jīng)峰老化或老化不足的導電率。例如，下表II的合金B(yǎng)，經(jīng)600°F 3-5小時的不足老化，其導電率不大于約48％LACS，而經(jīng)1000°F 7小時過度老化，導電率為64％LACS。同樣，合金A經(jīng)600°F 3-5小時的不足老化，具有的導電率不大于約42％LACS，而合金D經(jīng)950°F 5小時的過度老化，其導電率約為71％LACS。因此，除了使用上面所述區(qū)分不足老化、峰老化和過度老化Be-Cu合金的傳統(tǒng)方法外，這些合金的導電率還可用作時效硬化情況的一種衡量。
還應理解，本發(fā)明的過度老化一般在工件冷成形和/或切削加工成最終形狀之后進行。然而，如果需要，過度老化也可以在最終成形之前進行。而且，如果需要，過度老化可以分步進行，先有在不足老化或峰老化條件下進行的一個或多個預老化硬化步驟，隨后在過度老化條件下進行最終的時效硬化步驟。例如，工件可以在800-900°F(430-480℃)處理約5小時，隨后在900-1000°F(480-540℃)更好在950-975°F(515-525℃)處理約5小時進行二次時效硬化熱處理。如果需要，工件切削加工成最終形狀的步驟可以插在第一和第二時效硬化步驟之間。例如，最終直徑的線材或棒可以在冷鐓或其它機械加工操作之后，但在最終切削加工之前進行不足老化或峰老化，然后按照本發(fā)明，在最終切削加工之后，但在壓縮之前進行過度老化。
最后，盡管不需要，但還是最好將工件的最終退火溫度保持在正常退火溫度范圍1500-1800°F(815-982℃)中的下端溫度。最好溫度低于約1650°F，更好為1550°F。
拉伸強度和延展性如圖3所示，本發(fā)明類型的Be-Cu合金中，0.2％屈服強度與延展性(由面積縮小衡量)彼此具有基本上相反的關系。因此，對一特定用途中采用本發(fā)明時，需注意針對這種用途選擇具有0.2屈服強度與延展性結合的一種特定合金。
就是說，一個特定電連接件的操作特性，在其彈簧端作用的彈性力和在該端具有的可壓縮性不僅取決于線材連接件的合金的性質，而且與連接件本身的幾何形狀有關。因此，在一特定用途中采用本發(fā)明時，應選擇制造這種合金的工藝參數(shù)(即化學組成、固溶退火溫度、冷加工和過度老化溫度和時間)，使合金產生的屈服強度大于由連接件形狀和其彈簧端所需的變形決定的預定最小值，但小于會使連接件壓縮端的延展性不足而產生開裂的最大強度。
換句話說，由于一種合金的延展性與其強度相關聯(lián)，對具體設計選擇的合金，其強度不能太大，因為如果這樣，在不進行局部退火情況下，其延展性不足以防止壓縮端的開裂。因此，當選擇用于具體用途的合金(包括其化學組成和工藝條件)時，必須注意選擇合金，其屈服強度要大于在連接件彈簧端具有足夠彈簧性能所需的最小值，但小于導致其壓縮端延展性不足的最大值。
可以按照和現(xiàn)有連接件結構相同的的常規(guī)方式，決定具體連接件結構中使用的合金的最小合格屈服強度。對該種結構的電連接件，繪制如圖3所示的圖，就可以按照本發(fā)明決定最大的合金屈服強度。具體而言，象圖3(對一具體連接件結構繪制的)那樣的圖可確定對該種連接件適用的屈服強度和延展性(按照面積縮小％衡量)的允許范圍。另外，繪制該圖所用的數(shù)據(jù)也可以用來確定獲得這些性能特定組合所需的合金參數(shù)(化學組成和固溶退火、冷加工和過度老化的條件)的具體組合。在這些限制范圍內，可以選擇合金的特定組合，來獲得對該結構適用的屈服強度和延展性最佳組合。
在這方面，可以認為本發(fā)明可廣泛應用于兩種不同情況的電連接件，情況A和情況B如下情況A現(xiàn)有結構連接件采用價格較昂貴的合金或者依賴價格較昂貴的合金/工藝組合來制造連接件。要用本發(fā)明合金直接取代現(xiàn)有結構連接件目前使用的合金，主要是為了降低成本。成本之所以能降低，是因為所述合金的成本較低，而且本發(fā)明合金可以不采用非本發(fā)明合金需采用的“局部退火”，也使成本差進一步降低。情況A是用戶不能改變彈簧的幾何形狀，也不能改變壓縮部分的幾何形狀。在這種情況下，應用本發(fā)明方法就是選擇合金及其工藝(Ni含量、達到最終尺寸前的退火溫度、冷加工至最終尺寸以及最終時效硬化的條件)，產生在兩個極限之間的屈服強度YS，下限是屈服強度如果小于它的話，現(xiàn)有設計的連接件彈簧端彈性力不足，(很可能與從現(xiàn)有結構取代掉的競爭性合金的最小YS相同)，某個上限YS，是如果屈服強度大于它的話，延展性不足以使現(xiàn)有連接件的彈簧端進行壓縮而不產生開裂。這個上限YS是本發(fā)明獨特的，與必須在其壓縮端進行區(qū)域退火的現(xiàn)有技術合金無關。(1)若是冷鐓和老化的連接件，可以在制造連接件之后但在壓縮之前進行最終時效硬化處理，(2)而若是由預老化實心線材或棒材切削加工出連接件，則是在連接件的所有制造步驟及以后的壓縮之前，進行最終時效硬化處理。
情況B結構改為新的，意在制造新的連接件，此時可更充分發(fā)揮本發(fā)明合金和方法的優(yōu)點，與現(xiàn)有連接件相比，成本降低和/或連接件操作性能改善。在此情況，傳統(tǒng)的設計方法可以采用
(1)為在連接件設計中確定尺寸限制，由大型電氣組件或電子組件中例如在印刷線路板或配合器件之間能用于電連接的空間所決定。
(2)確定連接件的性能要求，依據(jù)(a)在要求的使用條件下保持線路整體性的最小垂直力一在允許空間中彈簧的最大允許變形，必需的抗振動沖擊(機械超負荷)性、升高溫度(應力恢復)等；(b)不得超過的便于立刻連接多個觸件所需的最大插入力；(c)為承受期望的電流安培/功率而不致產生過度溫升所需的最小導電率(d)便于制造連接件的最低延展性一在彈簧段形成彎曲的程度(彎曲半徑與彈簧段厚度之比，R/t)的能力或者壓縮部分經(jīng)受壓縮程度的能力(注所需壓縮程度取決于下列因素引線尺寸，壓縮筒的內孔尺寸、抵抗因振動、裝配力、長時間溫度變化等在壓縮部分中失去電連接牢固性的能力等等)。(e)市場所決定的具有競爭性的成本要求(在合金方面和工藝條件方面)。
(3)使用通常可用的經(jīng)典彈簧力學設計方程或基于經(jīng)典力學方程的有限元計算機模型，確定最小屈服強度，以便決定規(guī)定設計的彈簧段截面尺寸和變形所需施加的最小室溫垂直力。選擇能達到這個最小YS的合金清單，然后取消那些雖有競爭力但導電率、耐溫性和/或延展性不夠并且成本高的合金，縮小這個清單直至挑出一種合金。
例如，在設計下面實施例1-38的電連接件中(尺寸和形狀都相同)時，彈簧端的具體形狀和尺寸決定了形成連接件這部分的合金應具有的最小屈服強度為70-75ki，才能確保充分的彈簧性能。由圖3數(shù)據(jù)，然后可以確定連接件壓縮部分由于其具體結構必須由最小延展性約為30％(按照面積縮小計)的合金形成，以防止壓縮時的開裂。圖3還表明，過度老化后彈簧端的最大屈服強度應不超過約80-85ki，以確保延展性不小于30％。
按照同樣方式，實施例39-41連接件以不同和要求低些的設計標準制造，允許彈簧部分合金的最小屈服強度僅約為65ksi。如下面討論的，這些連接件通過線材的冷鐓形成，該線材已經(jīng)過老化至最后強度，成形后不再進行額外的熱處理。由下表IV，壓縮部分的形狀使得彈簧端(即經(jīng)過老化的線材原料)的屈服強度可以高達82ki，而保留了足夠的延展性，使得壓縮時不產生開裂。
因此可以理解，因為如圖3所示延展性和屈服強度的關聯(lián)，對按照本發(fā)明制造的所有連接件，并不存在屈服強度和延展性的一種結合是普遍合適的。盡管如此，按照本發(fā)明，只要適當選擇用于形成連接件的合金，使其符合操作性能和結構的要求。能獲得具有寬廣范圍的彈簧性質和可壓縮性的連接件，其使用時不需要現(xiàn)有技術所需的局部退火。
因此，本發(fā)明預期能制出由Be-Cu合金形成的新的電連接件，它具有過去不能達到的性能結合。另外，本發(fā)明還預期使用制造這種合金的新的方法，該方法是在最終固溶退火之后，在不同于過去的條件下進行冷加工和時效硬化。而且，本發(fā)明還預期制出過去不知的新的線材和棒材產品。
實施例為了充分闡述本發(fā)明，進行了下列實施例。這些實施例制備了一系列合金，這些合金的化學組成列于下表II。
表II合金組成(重量％)

*含有0.30-0.56％Pb的合金A-E，在切削加工時產生符合要求的短而碎裂的切屑，而僅有痕量Pb的合金F，其切屑是不合要求的長條狀。
實施例1-38使用上面的合金A-F，制造圖1和圖2所示的電連接件。這些連接件的設計標準要求最終直徑為0.097英寸，0.2％屈服強度最小為70-75ksi，以確保足夠的彈性力。合金鑄造成直徑2英寸或6英寸的錠。該錠經(jīng)熱擠壓和冷拉成為線材，對由直徑6英寸的錠制成的線材還進行1700°F(930℃)的中間固溶退火。形成的線材然后在達到最終直徑之前的加工直徑時進行固溶退火，然后冷拉不同的量至最終0.097英寸的直徑。
形成的線材再分成許多段，將這些段冷鐓，在其兩端生成圓柱形開口。然后，對陽連接件的一端切削加工，形成用于圖1和圖2所示夾頭形狀彈簧部分的狹縫。之后，對加工好的部件進行時效硬化。時效硬化之后，通過室溫下壓縮，在其另一冷鐓端，與一引線連接壓縮固定之。檢查如此形成的壓縮部分的開裂情況。
這些實施例的有些冷鐓部件在預老化切削期間，由于殘余應力或由于強度低產生的切削變形，其端部開口會呈“喇叭形”。因此，在實施例13-A至15-A以及35-E至38-E中，分兩個步驟進行時效硬化，第一步在切削之前進行，第二步在切削之后但在壓縮之前進行。
獲得的結果列于下表III。為清楚起見，對那些未能達到壓縮時無開裂要求的連接件，其工藝參數(shù)印成斜體字形。
表III實施例1-38的電連接件的性能


**兩步驟分批熱處理，在冷鐓之后但在切削之前進行第一次時效硬化，在切削之后但是在壓縮之前進行第二次時效硬化。
實施例39-41由上面表II中的合金B(yǎng)制造幾何尺寸略不同于實施例1-38的一些電連接件，其標稱直徑為0.131英寸，而不是0.097英寸。由于不同的尺寸和形狀，這些電連接件的最終性能要求，在彈性力和可壓縮性要求方面都沒有實施例1-38電連接件那么高。例如，對這種特定彈簧設計，要求的彈性力較小，形成這些電連接件的合金的最小0.2％屈服強度僅約為60-65ksi，而不是70-75ksi。而且，實施例39-41的連接件采用略不同于實施例1-38的方法制造，是在合金線材尚為卷的形式進行時效硬化至最終屈服強度和延展性，而不是在部件制造后進行該熱處理。
因此，在制造這些連接件時，合金B(yǎng)熱擠壓并冷拉至最終直徑前一步的加工直徑，在1550°F固溶退火，然后冷拉50％至最終0.131英寸直徑，以線材卷形式進行過度時效硬化，機械矯直，切割成合適長度的各段，不經(jīng)冷鐓，切削加工成圓柱形連接件，在連接件一端形成夾頭形彈簧部件，在另一端形成盲孔用于對引線的壓縮固定。
如實施例1-38的情況一樣，實施例39-41的連接件也是對壓縮部分未經(jīng)局部退火，就在室溫下將引線壓縮固定之，然后檢查形成的壓縮部分。獲得下面結果表IV實施例39-41的電連接件性能

如上述結合圖3已說明的，上面的結果表明一定化學組成的Be-Cu合金冷加工量為在40-80％時，均具有大于或等于約60ksi的0.2％屈服強度，以及20-65％更典型為30-65％的延展性，而與經(jīng)歷的時效硬化過程無關。然而，僅有那些屈服強度在60-80ksi之間并經(jīng)過時效硬化的那些合金，在室溫下能無開裂地壓縮。其它合金，經(jīng)不足老化、峰老化或時效硬化至大于80ksi的合金不能無開裂地壓縮，即使這些合金在其它方面即化學組成、經(jīng)歷的退火過程以及冷加工過程相同。這就使得由這些合金形成的電連接件能具備要求的彈簧性能和無開裂壓縮的結合，而不必進行制造這種連接件現(xiàn)有技術所需要的局部退火。
另外，上面的結果還表明，盡管按照上述內容制造的大多數(shù)合金未經(jīng)局部退火可達到無開裂壓縮和合格的屈服強度，但工藝變量的有些組合在程度上太嚴厲，無法獲得這樣的結果。例如，將實施例9-A至12-A與實施例2-A至8-A以及實施例19-B進行比較，表明80％冷加工對合金A太嚴厲，而對合金B(yǎng)則不然。同樣，實施例36至38-E表明，80％冷加工對合金E太嚴厲。這些情況下，冷加工應限制在較低量，約75％，或70％，或60％或更小。因此，本發(fā)明的有些情況下，冷加工量為45-75％，甚至50-70％，最典型約為60％。
這一點僅說明，必須仔細選擇進行本發(fā)明具體實施方案時的各個參數(shù)，以獲得要求在合格屈服強度下無開裂的壓縮性能。這和必須選擇適當?shù)膮?shù)組合以獲得要求結果的其它冶金領域沒有差別。本領域技術人員應理解有關參數(shù)的這些廣泛討論是指導性的，而不是具體保證，在不同實施方案中應用本發(fā)明時必須進行常規(guī)試驗。根據(jù)上述討論，包括實施例，本領域技術人員應能夠在本發(fā)明的范圍內應用本發(fā)明。
最后，還可以認為，雜質元素也在獲得具有要求的無開裂下壓縮性能產品中發(fā)揮了作用。因此，在普通指定申請SN 08/738,880(其內容參考結合于此)中已表明提高“貧”Be-Ni-Cu合金熱穩(wěn)定性的鈦或鋯，會阻礙過度老化沉淀硬化反應。如果鋯或鈦明顯多于痕量存在于本發(fā)明用的合金中，例如高達0.5％(重量)，它是表I中最大的雜質含量，就必須使用較高的過度老化溫度和較長時間，用或不用高達80％的冷加工，來通過過度老化達到足夠低的強度。例如，由合金B(yǎng)(實施例18-B和19-B)與合金A(實施例2-A至8-A以及13-A至15-A)的比較可見。
盡管上面僅描述了本發(fā)明的幾個實施方案，在不偏離本發(fā)明精神和范圍下可以進行各種修改。例如，盡管圖1和圖2僅說明本發(fā)明連接件的一種幾何形狀，應理解可以采用其它形狀。只要連接件具有為通過壓縮保證連接電線或其它部件的壓縮部分和通過連接件施加的彈性力保證與相配連接件連接的彈簧部分，對這種結構的連接件就可應用本發(fā)明。所有種種變動都包括在本發(fā)明范圍之內，本發(fā)明范圍僅受到權利要求書的限制。
權利要求
1.一種電氣器件，具有能保持反復配合后所要求彈簧法向力的彈簧部分和能通過無開裂壓縮連接到電線或其它部件的壓縮部分，該壓縮部分在壓縮之前無需局部退火，所述器件由包含下列組成的合金構成0.15-0.5％重量Be、0.4-1.40％重量Ni或Co或這兩者、0.2-1.0％重量Pb、余量為Cu以及難免的雜質，所述器件在最終固溶退火之后冷加工40-80％，并進行過度時效硬化，使形成器件的合金達到約60-80ksi的最終0.2％屈服強度。
2.如權利要求1所述的器件，其特征在于形成所述器件的合金按照面積縮小測定的延展性約為20-65％。
3.如權利要求2所述的器件，其特征在于形成所述器件的合金按照面積縮小測定的延展性約為30-65％。
4.如權利要求1所述的電連接件，其特征在于形成該器件的合金過度老化達到小于其最大峰老化拉伸強度的95％。
5.如權利要求1所述的電連接件，其特征在于形成該器件的合金過度老化達到小于其最大峰老化拉伸強度的90％。
6.如權利要求1所述的電連接件，其特征在于所述合金包含0.20-0.4％重量Be、0.5-1.25％重量Ni或Co或這兩者、0.20-0.60％重量Pb、總量多達0.5％重量的一種或多種選自Fe、Al、Si、Cr、Sn、Zn、Ag、Mn、Zr、Ti或Mg的金屬和難免的其它雜質，余量為Cu。
7.如權利要求6所述的電連接件，其特征在于所述合金含有0.25-0.50％重量Pb。
8.如權利要求1所述的電連接件，其特征在于所述電連接件由擠壓線材或棒材形成。
9.如權利要求8所述的電連接件，其特征在于所述電連接件的壓縮部分包括一個通過冷鐓和/或切削形成的中空的圓柱形部分。
10.一種室溫下可壓縮的電連接件，所述電連接件具有能保持重復配合后所要求彈簧法向力的彈簧部分和能通過無開裂壓縮連接到電線或其它部件的壓縮部分，該壓縮部分在壓縮之前無需局部退火，所述電連接件通過下列步驟形成(a)擠壓，非必要的中間退火，然后冷拉Be-Cu合金成為最終直徑之前加工直徑的線材，該合金包含0.15-0.5％重量Be、0.40-1.40％重量Ni或Co或這兩者、0.20-1.0％重量Pb、總量多達0.5％重量的一種或多種選自Fe、Al、Si、Cr、Sn、Zn、Ag、Mn、Zr、Ti或Mg的金屬，余量為Cu和難免的雜質。(b)對線材進行最終固溶退火，(c)對線材冷加工，加工量按面積縮小計約為40-80％，(d)對線材進行過度時效硬化，使形成線材的合金的0.2屈服強度約為60-80ksi，極限拉伸強度小于其峰老化后最大拉伸強度的95％。
11.如權利要求10所述的電連接件，其特征在于將線材切成許多段，再在最終固溶退火之后但在時效硬化完成之前通過冷鐓在所述段的至少一端形成中空圓柱形部分。
12.如權利要求11所述的電連接件，其特征在于所述合金含有0.20-0.60％重量的Pb。
13.一種Be-Cu合金，該合金包含0.15-0.5％重量Be、0.40-1.40％重量Ni或Co或這兩者、0.20-1.0％重量Pb、總量多達0.5％重量的一種或多種選自Fe、Al、Si、Cr、Sn、Zn、Ag、Mn、Zr、Ti或Mg的金屬和其它難免雜質，余量為Cu，所述合金在最終固溶退火之后進行按面積縮小計40-80％的冷加工，然后進行過度老化，使合金的拉伸強度小于其峰老化后拉伸強度的95％，從而使合金具有約60-80ksi的0.2％屈服強度。
14.如權利要求13所述的合金，其特征在于所述合金的0.2％屈服強度至少約為65-80ksi，按面積縮小測定的延展性約為30-65％。
15.連續(xù)的線材或棒材原料，該原料由包含0.15-0.5％重量Be、0.4-1.40％重量Ni或Co或這兩者、0.2-1.0％重量Pb，余量為Cu以及難免的雜質的合金形成，所述合金在最終固溶退火之后冷加工40-80％，進行時效硬化至獲得約60-80ksi的0.2％屈服強度和約30-65％的延展性。
16.連續(xù)的線材或棒材原料，該原料由包含0.15-0.5％重量Be、0.4-1.40％重量Ni或Co或這兩者、0.2-1.0％重量Pb，余量為Cu以及難免的雜質的合金形成，所述合金在最終固溶退火之后進行大于40-80％的冷加工。
全文摘要
一種由Be－Cu合金形成的電連接件(10)，它可以在室溫下壓縮，無需對該壓縮部分在壓縮之前進行局部退火。通過在固溶退火之后的冷加工，對該合金提供足夠的延展性和拉伸強度，加工量按面積縮小計至少為40％，然后進行過度時效硬化。
文檔編號C22C9/06GK1422338SQ01807767
公開日2003年6月4日 申請日期2001年3月12日 優(yōu)先權日2000年3月14日
發(fā)明者M·A·奧迪拉斯 申請人:勃拉希·威爾曼股份有限公司