Материалы для автопрома: контакты, разъёмы, системы обогрева

Электрику и контактные группы автомобиля собирают из медных сплавов, подобранных под функцию узла: пружинящему контакту нужна упругость, шине обогрева — проводимость и паяемость, электроду сварки кузова — износостойкость под нагревом. Одной маркой все задачи не закрыть, поэтому под реле и разъёмы идёт бериллиевая бронза, под клеммы оловянно-фосфористая, под обогрев стёкол лужёная медная фольга, под крепёж латунь ЛС59−1, под контактную сварку хромциркониевая бронза. Ниже — какие требования предъявляет автопром, какой материал закрывает каждый узел и как СМ поставляет их с УЗК-контролем.

Требования автопрома к материалам контактов и обогрева

Автомобильный узел нагружает материал одновременно по нескольким осям, и вес каждой зависит от того, что деталь делает. Пять требований определяют выбор марки.

Электропроводность. Её меряют в процентах от эталонной меди — % IACS (58 МСм/м = 100%). Токоведущей шине и элементу обогрева нужен максимум, около 100% IACS; для пружинящего контакта проводимость вторична, там дело определяет упругость, и падение до 20−30% IACS допустимо.

Упругость. Контакт реле, ламель, пружина разъёма работают на многократный упругий прогиб без остаточной деформации. Здесь дело определяют предел упругости и модуль — способность держать усилие прижима на тысячах циклов сочленения. Бериллиевая бронза даёт предел упругости в разы выше чистой меди или латуни.

Паяемость. Клеммы, выводы и шины обогрева припаивают к плате, проводу или токоподводу без агрессивных флюсов. Медь и оловянные бронзы паяются хорошо; бериллиевая бронза несёт стойкий поверхностный оксид и требует лужения или гальванического покрытия под пайку.

Износостойкость. Электрод контактной сварки кузова работает под давлением 2−4 кН при токе в тысячи ампер и нагреве до сотен градусов, ставя десятки тысяч точек за смену. Материалу нужны твёрдость и стойкость к разупрочнению, иначе рабочий торец электрода «садится» и точка теряет качество.

Вибростойкость. Разъём и контактная группа под капотом живут в постоянной вибрации и тепловых циклах от минус 40 до плюс 125 °C. Контакт должен держать усталостную прочность и не терять усилие прижима от релаксации, иначе растёт переходное сопротивление и узел греется.

Ни один сплав не выигрывает по всем осям сразу: высокая упругость идёт в паре с низкой проводимостью, максимальная проводимость — с низкой прочностью. Марку выбирают под ведущее требование конкретного узла.

Материалы по узлам

Таблица связывает узел автомобиля с маркой и её ведущим свойством. Это отправная точка подбора; окончательную марку, состояние поставки и покрытие технолог уточняет под ток, температуру и способ монтажа.

Бериллиевая бронза БрБ2 (AERIS 1345). Дисперсионно-твердеющий сплав меди с бериллием 1,9−2,2% по ГОСТ 18 175–78. После закалки и старения даёт предел прочности 1100−1300 МПа и высокий предел упругости при проводимости 22−28% IACS, держит рабочую температуру до 200−250 °C. Российский аналог CuBe2 и C17200, в линейке СМ — AERIS 1345.

Оловянно-фосфористая бронза БрОФ6,5−0,15. Олово около 6%, фосфор 0,1−0,35% как раскислитель и упрочнитель. Предел прочности 350−700 МПа в зависимости от состояния поставки, проводимость 13−18% IACS. Держит пружинность и паяется без подготовки поверхности, стоит дешевле бериллиевой бронзы. Нормируется ГОСТ 5017–2006 на оловянные бронзы, обрабатываемые давлением.

Медная фольга М1 с оловянным покрытием. Тонкий медный прокат толщиной 0,02−0,2 мм из меди М1 (Cu-ETP) с проводимостью около 100% IACS, на который нанесён слой олова 1−6 мкм. Покрытие защищает медь от окисления, держит паяемость и низкое переходное сопротивление. Рабочую температуру ограничивает олово — оно плавится при 232 °C, поэтому узел держат до 150−180 °C по конструкции. Нормируется ГОСТ 859–2014 на медь и ГОСТ 1173–2006 на фольгу.

Латунь ЛС59−1. Медно-цинковый сплав с медью 57−60% и свинцом 0,8−1,9% по ГОСТ 15 527–2004. Свинец дробит стружку и снижает трение по резцу, поэтому из ЛС59−1 точат крепёж, штуцера и корпуса разъёмов на автоматах с чистой поверхностью. Предел прочности 340−470 МПа, проводимость 26−28% IACS. Ближайший зарубежный аналог CuZn39Pb3 (CW614N) по свинцу расходится, поэтому при замене долю свинца сверяют по сертификату партии.

Хромциркониевая бронза БрХЦр (AERIS 1330). Хром около 1%, цирконий около 0,1%. Сочетает проводимость 80−85% IACS с прочностью 400−500 МПа и рабочей температурой до 400 °C. Такое сочетание проводимости, твёрдости и теплостойкости нужно электродам контактной точечной сварки кузова. Нормируется ГОСТ 18 175–78. Прямой аналог CuCr1Zr и C18150, в СМ — AERIS 1330.

Для четырёх марок международные соответствия проверены по стандарту — снабженцы часто ищут материал по импортному обозначению.

Для латуни ЛС59−1 готовой марки AERIS нет: аналог CuZn39Pb3 (CW614N) числится близким из-за разницы по свинцу, и её подбирают по ГОСТ 15 527–2004 под конкретную деталь. Уточнение по американской системе: для меди и бронз действует обозначение UNS вида C-XXXXX, а не AISI — её применяют к сталям.

Контакты, обогрев, крепёж

Три группы узлов задают три разных требования к материалу, и по каждой марка своя.

Контакты и разъёмы. Пружинящему контакту реле и ламели разъёма дело определяет упругость и стойкость к вибрации при тепловых циклах под капотом. Здесь работает бериллиевая бронза БрБ2: прочность 1100−1300 МПа и высокий предел упругости держат усилие прижима на десятках тысяч сочленений, а стойкость к релаксации не даёт переходному сопротивлению расти при нагреве до 200−250 °C. Под пайку поверхность БрБ2 лужат оловом или покрывают никелем и золотом гальванически — стойкий оксид бериллия иначе мешает смачиванию. Клеммы и контактные пружины средней нагрузки делают из оловянно-фосфористой БрОФ6,5−0,15: пружинности при 350−700 МПа хватает для массовых соединителей, а паяется она обычным флюсом без подготовки.

Системы обогрева. Обогрев заднего стекла, боковых зеркал и сидений строят на медной фольге М1 с оловянным покрытием. Толстую фольгу 0,1−0,2 мм ставят на токоведущие шины и выводы, тонкую 0,02−0,05 мм травят в меандр — змейку дорожек, которая греется при прохождении тока. Лужёная поверхность позволяет надёжно припаять шину к токоподводу и не терять контакт от коррозии годами на солнце и в тепловых циклах. Проводимость около 100% IACS даёт равномерный нагрев без локальных перегревов; оловянный слой в микроны на неё почти не влияет.

Крепёж, штуцера и электроды сварки. Крепёж, штуцера топливной и тормозной арматуры, корпуса разъёмов под точение делают из латуни ЛС59−1: свинец 0,8−1,9% дробит стружку и даёт чистый рез на автоматах при прочности 340−470 МПа. Отдельный узел кузовного производства — электроды контактной точечной сварки. Кузов легкового автомобиля собирают на 3000−5000 сварных точек, и каждый электрод ставит их под давлением 2−4 кН при токе в тысячи ампер. Материал электрода — хромциркониевая бронза БрХЦр (AERIS 1330): проводимость 80−85% IACS проводит ток без потерь, а твёрдость и теплостойкость до 400 °C держат рабочий торец от «осадки».

Как выбрать материал под узел

Подбор идёт от функции узла к ведущему свойству, а не от наличия марки на складе.

• Пружинящий контакт реле, разъём, ламель под вибрацией — бериллиевая бронза БрБ2 (AERIS 1345); под пайку заложить лужение или гальванику.
• Клемма, контактная пружина средней нагрузки — оловянно-фосфористая БрОФ6,5−0,15: паяется без подготовки, дешевле, пружинности хватает.
• Шина или нагреватель обогрева стекла, зеркала, сиденья — медная фольга М1: шина 0,1−0,2 мм, меандр 0,02−0,05 мм, узел держат ниже 232 °C.
• Крепёж, штуцер, точёный разъём — латунь ЛС59−1 по ГОСТ 15 527–2004: высокая обрабатываемость резанием на автоматах.
• Электрод контактной сварки кузова — хромциркониевая бронза БрХЦр (AERIS 1330): 80−85% IACS с прочностью до рабочих 400 °C.

Два уточнения из практики. Состояние поставки меняет прочность одного сплава в 2−3 раза, поэтому под пружинящую деталь заказывают конкретное состояние — нагартованное или закалённо-состаренное, а не «марку вообще». Паяемость бериллиевой и хромциркониевой бронз решается покрытием, его вид и толщину согласуют под способ монтажа.

Поставка материалов для автопрома (СМ, УЗК)

Контактные и нагревательные детали автопрома — это в основном тонкий прокат, поэтому основные формы поставки такие:

• Лента и полоса — под штамповку контактов реле, ламелей, клемм. Ленту бериллиевой бронзы нормирует ГОСТ 15 836–79, бронзовую ленту общего назначения — ГОСТ 1789–70.
• Проволока — под навивку контактных пружин и штырьевые выводы; для бериллиевой бронзы действует ГОСТ 16 130–90.
• Фольга — под шины и меандры обогрева стёкол, зеркал и сидений; медную фольгу нормирует ГОСТ 1173–2006, покрытие задают в микронах по документации на изделие.
• Прутки и профили — под точёный крепёж, штуцера и корпуса разъёмов из латуни ЛС59−1, а также под электроды контактной сварки из БрХЦр.

Состояние поставки задают под функцию: мягкое (отожжённое) под гибку и вытяжку, нагартованное или закалённо-состаренное под пружинящие детали. По нашей практике для пружинящих контактов из БрБ2 берут ленту в закалённо-состаренном состоянии, для клемм из БрОФ6,5−0,15 — нагартованную полосу.

Каждая партия проходит ультразвуковой контроль на внутренние дефекты с выдачей сертификата, где указаны марка, фактический химсостав и механические свойства; при несоответствии — замена партии за счёт СМ. Соответствие ГОСТ 18 175–78 для бронз, ГОСТ 859–2014 для меди и ГОСТ 15 527–2004 для латуни подтверждается сертификатом на русском языке. СМ работает как внешний отдел снабжения и R&D для поставщиков автокомпонентов: закрывает малотоннажные и дефицитные позиции и изготавливает детали по чертежам заказчика со сроком 2−4 недели вместо 14+ у параллельного импорта.

Заключение

Материал для автомобильного узла выбирают по ведущей функции детали: бериллиевая бронза БрБ2 (AERIS 1345) с прочностью 1100−1300 МПа на пружинящие контакты реле и разъёмы, оловянно-фосфористая БрОФ6,5−0,15 на клеммы и пружины, медная фольга М1 с оловянным покрытием на шины и обогрев стёкол, зеркал и сидений, латунь ЛС59−1 на крепёж и точёные разъёмы, хромциркониевая бронза БрХЦр (AERIS 1330) с проводимостью 80−85% IACS на электроды контактной сварки кузова. Проводимость, упругость и паяемость связаны обратной зависимостью, поэтому недостающее свойство достраивают состоянием поставки и покрытием.

Технологи СМ подбирают марку, состояние и форму под конкретный контакт, разъём, элемент обогрева или электрод и подтверждают состав и свойства сертификатом с УЗК-контролем партии.

Статью подготовили

Автор: Сергей Ковриго

Эксперт в области: медные сплавы для автомобильной промышленности

Редактор: Роман Отроков

Эксперт в области: металлургия цветных сплавов

Технолог «Специальные Материалы»