Відкрити головне меню

Берилієва бронза

сплави на основі міді, із вмістом не більше 3% берилію.
Берилієва бронза (ліворуч) у порівнянні з іншими сплавами. Далі зліва направо: інконель, сталь, титан, алюміній, магній

Бери́лієва бро́нза (англ. beryllium bronze) або бери́лієва мідь (англ. beryllium copper, BeCu) — сплави на основі міді, із вмістом не більше 3% берилію. Може містити також інші легувальні добавки, такі як нікель (0,2%…0,4%) і титан (0,1%…0,25%) та інші домішки не більше від 0,5%. Берилієві бронзи серед мідних сплавів вирізняються високою міцністю при збереженні високого рівня електро- та теплопровідності.

Структурні особливостіРедагувати

Найбільше застосування знайшли сплави системи «Cu-Be», до яких належить дисперсно-зміцнюваний сплав БрБ2 за ГОСТ 18175-78[1] (CuBe2, alloy 25, C 17200 за специфікаціями інших країн)[2], що містить близько 1,8…2,1% берилію, а також сплави системи МНБ (мідь-нікель-берилій або CuNi2Be, alloy 3, C17510 за іншими специфікаціями) та МКБ (мідь-кобальт-берилій чи CuСо2Be, alloy 10, C17500), з вмістом до 0,8% берилію. Сплав БрБ2 також називають високолегованою берилієвою бронзою, а сплави типу МНБ та МКБ — низьколегованою берилієвою бронзою. Також користується попитом високолегована берилієва бронза марки БрБ2,5 за ТУ 48-21-96-72[3] (із вмістом легувального компонента 2,3…2,6%, близький зарубіжний аналог C82000).

Особливість формування структури берилієвмісних бронз полягає в тому, що зі зміною температури розчинність легувальних елементів, наявних в них, також змінюється. За температури, нижчої від 300°С розчинність берилію в міді не перевищує 0,2% (гранична розчинність берилію в міді спостерігається за температури 866°С і становить 2,7%), але загартування від 800 °С фіксує перенасичений розчин. У твердому розчині при загартуванні з однофазної зони спостерігається утворення підвищеного числа атомів легувальної добавки (порівняно з їх кількістю у стані рівноваги конкретної системи). Твердий пересичений розчин, що отримується в результаті гартування з погляду термодинаміки є нестійким. При найменшій зміні умов він розпадається. При збільшенні температури процес розпаду стає інтенсивнішим, із зниженням температури — сповільнюється. Ефект зміцнення залежить від величини дисперсності виділень, які формуються при розпаді зазначеного розчину.

Загартування берилієвих бронз зазвичай здійснюють від температури 750…790 °С, старіння — при 300…325 °С. Добавки нікелю, кобальту або заліза сприяють уповільненню швидкості фазових перетворень при термічній обробці, що значно полегшує технологію гартування і старіння. Крім того, нікель підвищує температуру рекристалізації, а манган може частково замінити дорогий берилій.

Властивості берилієвих бронзРедагувати

Слід виділити такі основні властивості цих сплавів:

Усі ці властивості покращуються після гартування чи інших видів термооброблення (зокрема, при штучному старінні). Максимальної пластичності берилієві бронзи досягають після гартування від температури близько 775 °С.

Так, безпосередньо після гартування бронза БрБ2 має границю міцності близько σв = 550 МПа при відносному видовженні близько δ = 25%, а після відпуску (старіння) границя міцності підвищується приблизно до 1250 МПа, границя пружності становить близько 600 МПа, але відносне видовження знижується до 3-5%.

Крім того, бронзи, в яких присутній берилій, характеризуються відмінною теплостійкістю. Вироби з них функціонують без зміни своїх механічних характеристик при температурах до 340 °С. А при вищих температурах (близько 500°С) механічні показники берилієвих сплавів ідентичні показникам алюмінієвих і олов'яно-фосфористих композицій за температури експлуатації у 20 °C.

Збільшення вмісту берилію до 2,5% підвищує границю пружності, але суттєво збільшує вартість сплаву (бронза БрБ2,5). Легування бронзи із вмістом 1,85-2,1% берилію, додатково титаном 0,1…0,25% та нікелем 0,2…0,4% (бронза Бр БНТ 1,9 за ГОСТ 18175-78) дозволяє отримати границю пружності таку ж як у дорожчої бронзи БрБ2,5 (близько 800 МПа). Мікролегування берилієвих бронз бором (0,01%) або магнієм (0,1%) сприяє подальшому підвищенню границі пружності й зменшенню непружних ефектів.

Шляхом термомеханічного оброблення (загартування + холодна пластична деформація зі ступенями обтискання до 50% + старіння) можна підвищити границю пружності берилієвих бронз на 20…40%, наприклад, у бронзи Бр БНТ1,9 — до 1000 МПа.

ВикористанняРедагувати

 
Безіскровий інструмент з берилієвої бонзи
 
Вставка з берилієвої бронзи у прес-формі для лиття під тиском АБС-пластику

Берилієва бронза БрБ2 (з 2% Ве) має високу хімічну стійкість, добре зварюється, легко ріжеться. З цієї бронзи виготовляють пружини, мембрани, деталі для роботи в умовах зношування в агресивних середовищах, пружні контакти, безіскрові інструменти для ведення вибухонебезпечних гірничих робіт тощо.

Такі бронзи підходять для випуску з них фасонних виливків хорошої якості. Але зазвичай ці сплави поставляються у вигляді різноманітних напівфабрикатів, що пройшли операцію деформування (дріт, тонка стрічка, смуги тощо)[4][5]. Берилієві бронзи легко піддаються обробці паянням, зварюванням, різанням, однак, існують і певні обмеження на здійснення цих операцій.

Берилієві сплави необхідно паяти відразу ж після того, як була виконана їх зачистка (механічна). При цьому використовується флюс з вмістом фтористих солей та спеціальні срібні припої. В останні роки поширення набуло вакуумне паяння бронз під шаром флюсу, що гарантує унікальну якість зварного з'єднання.

Електродугове зварювання берилієвих сплавів майже не використовується, що пов'язане з їх великим кристалізаційним температурним інтервалом, зате роликове, точкове, шовне зварювання і зварювання в інертній атмосфері освоєні досить добре та обов'язково повинно виконуватись до термічного оброблення.

Завдяки хорошій електропровідності та пружним властивостям берилієві бронзи знайшли застосування в електронних та електричних виробах для виготовлення високонадійних контактів, роз'ємів, гнізд для монтажу інтегральних компонентів тощо і які використовуються в автомобіле- та авіабудуванні. Без берилієвих сплавів не обходиться жодний портативний електронний пристрій (ноутбук, планшетний комп'ютер, мобільний телефон, комунікатор тощо), де з цих сплавів виготовлені мініатюрні деталі.

Знаходять застосування такі бронзи й при виготовленні обладнання для видобутку нафти, а також бурильних установок. Корозійна стійкість, висока антифрикційна спроможність та міцність — це властивості систем «Cu-Ве», які необхідні бурильникам та нафтовикам. Зазвичай з мідно-берилієвих сплавів виробляють допоміжні бурильні пристосування, бурильні труби та нарізеві з'єднання для них, опори валів насосів для перекачування нафти тощо.

Завдяки високим електропровідності й жароміцності низьколеговані бронзи використовуються у виробництві електротримачів зварних стрижнів зварювальних апаратів.

Ще одна область застосування бронз з берилієм — виготовлення поршнів агрегатів, що використовуються для виконання операцій лиття під тиском, стінок обладнання для кристалізації машин безперервного лиття заготовок та литтєвого обладнання, кокілів для лиття різноманітних складних сплавів і металів. У даному випадку відпадає необхідність додаткового захисту стінок зазначених агрегатів з метою підвищення часу їх експлуатації.

Див. такожРедагувати

ПриміткиРедагувати

  1. ГОСТ 18175-78 Бронзы безоловянные, обрабатываемые давлением. Марки.
  2. Характеристика материала БрБ2 на сайті «Марочник стали и сплавов» (рос.)
  3. Характеристика материала БрБ2.5 на сайті «Марочник стали и сплавов» (рос.)
  4. ГОСТ 1789-70 Полосы и ленты из бериллиевой бронзы. Технические условия.
  5. ГОСТ 15834-77 Проволока из бериллиевой бронзы. Технические условия.

ДжерелаРедагувати

  • Колачев Б. А., Ливанов В. А., Елагин В. И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. — М.: Металлургия. — 1981. — 414 с.
  • Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. — М.: Машиностроение. −1980. — 493 с.
  • Справочник по электротехническим материалам. / Под ред. Ю. В. Корицкого, В. В. Пасынкова, Б. М. Тареева. — Т. 3. — 3-е изд., перераб. — Л.: Энергоатомиздат, 1988. — 728 с.

ПосиланняРедагувати