Берилієва бронза – властивості та сфери застосування
Дисперсійно-упрочняемый сплав берилію і міді добре відомий фахівцям як берилієва бронза. Активне використання такого матеріалу для виробництва деталей різного призначення, в тому числі і відповідальних виробів, обумовлено унікальними властивостями даного сплаву.
Берилієва бронза
Унікальність сплаву берилію і міді
Берилію в такому сплаві міститься 1,6–3 відсотки. До бронзам даної групи відносяться сплави міді, берилію та кобальту (МКБ), а також міді, берилію та нікелю (МНБ). У МНБ і МКБ зміст берилію не перевищує 0,8%.
Примітною особливістю берилієвих бронз є те, що при їх нагріванні змінюється розчинність легуючих елементів, що містяться в їх складі. Зокрема, при здійсненні гартування деталей з даних матеріалів однофазної зони в них збільшується концентрація атомів легуючих добавок. В результаті такої термообробки формується пересичений твердий розчин, який дуже нестійкий за своїм термодинамічними властивостями.
Як тільки змінюються зовнішні умови, такий розчин розпадається на складові елементи. Особливо сильно активізується такий процес при нагріванні сплаву, а при зниженні температури розпад сповільнюється. Від того, який дисперсності будуть виділення, що утворюються при такому розкладі, залежить зміцнювальний ефект від проведеної термообробки. Правильно виконана термічна обробка дозволяє не тільки поліпшити характеристики деталей з берилієвої бронзи, але і підвищити межу текучості даного сплаву.
Властивості системи «мідь – берилій»
Найбільш поширеною маркою берилієвих сплавів є бронза БрБ2. Сплав даної марки відноситься до категорії високолегованої бронзи, що обумовлено досить високим вмістом у ній основного легуючого елемента (близько 2%). До низьколегованим берилієвим бронзам відносяться сплави груп МНБ і МКБ, в яких берилію міститься не більше 0.8%. Є ще більш високолегована берилієва бронза (БрВ2,5), легуючого елемента в якій міститься близько 2,5%.
Берилієва Бронза високолегована (БрБ2)
Сплави, основу яких складають берилій і мідь, відрізняються наступними характеристиками:
- виняткова електро — і теплопровідність, порівнянні з аналогічними характеристиками чистої міді;
- підвищена зносостійкість, здатність протистояти повзучості і втоми;
- високий межа пружності;
- при ударах берилієві бронзи не виділяють іскор;
- виключно висока стійкість до корозії, твердість і показник тимчасового опору.
Властивості, якими володіють берилієві сплави, можна ще поліпшити, якщо піддати їх термічної обробки: гартування і штучного старіння. Можна надати їм максимальну пластичність і здатність до легкого деформуванню, якщо піддати гартування при температурі близько 775 градусів.
У звичайному стані бронза берилієвої групи володіє тимчасовим опором, рівним 450 МПа. При пластичному деформуванні деталей з берилієвої бронзи ця характеристика поліпшується на 40%. Тимчасовий опір та інші механічні характеристики сплавів цієї групи можна поліпшити в рази, якщо піддати їх штучному старінню, виконуваному відразу після гарту. Зокрема, бронза БрБ2 після здійснення такої термообробки має тимчасовий опір, що дорівнює 1400 МПа.
Плити берилієвої бронзи
Відрізняє берилієвої бронзи групи і така важлива якість, як теплостійкість. Експлуатаційні властивості таких сплавів не змінюються, навіть якщо їх нагрівати до температури 340 градусів. А при температурі нагріву 500 градусів бронза берилієвої групи володіє такими ж властивостями, як вироби, виготовлені з алюмінієвих і олов’яно-фосфористых сплавів, що експлуатуються при температурі 20 градусів.
Технологічні характеристики дозволяють виготовляти з берилієвих сплавів складні відливки високої якості, але зазвичай деталі з них виготовляють із заготовок, підданих попередньої пластичної деформації (листи і смуги, дріт, стрічки та ін). Широке застосування сплавів берилієвої групи обумовлено ще і тим, що вони добре піддаються різним видам обробки, а для з’єднання деталей з них можна використовувати всі відомі способи зварювання та пайка). Між тим, на використання таких операцій існують і певні обмеження, які слід враховувати при їх плануванні.
Обмеження щодо способів з’єднання сплавів на основі берилію і міді стосуються як пайки, так і зварювання. Пайку берилієвих бронз слід виконувати відразу ж, як була виконана ретельне механічне зачищення елементів, що з’єднуються. В якості припою при виконанні такої технологічної операції використовуються сплави на основі срібла, а в захисному флюсі, використання якого необхідно, повинні в обов’язковому порядку міститись фтористі солі. Висока якість паяння деталей з даних сплавів забезпечує технологія, що припускає виконання з’єднання у вакуумі і використання захисного шару флюсу.
Деталі з берилієвих бронз не з’єднують за допомогою електродугового зварювання, для цього успішно використовують інші технології: точкову, шовную, роликову і зварювання в середовищі інертних газів. Таке обмеження в застосуванні електродугового зварювання обумовлено тим, що сплави цієї групи володіють великим температурним інтервалом кристалізації. Крім цього, зварку бронз берилієвої групи можна виконувати після термічної обробки, що обумовлено їх особливими механічними властивостями.
Смуги з берилієвої бронзи
Де використовуються сплави даної групи
Бронзи мідно-берилієвої групи знаходять широке застосування в тих областях, в яких від деталей потрібно їх відповідність особливим характеристикам. Пояснюється це не тільки їх унікальними експлуатаційними властивостями, але і дорожнечею їх виробництва.
Найбільш поширеними областями застосування сплавів берилієвої групи, є виробництво електронних та електричних компонентів:
- телекомунікаційного обладнання, монтажу оптико-волоконних мереж;
- з’єднувальних елементів, пружинних контактів;
- роз’ємів гніздового типу, елементів інтегральних мікросхем.
Деталі, виготовлені із бронз мідно-берилієвої групи, сьогодні можна зустріти практично в будь-якому комп’ютерному пристрої, планшет, смартфон і стільниковому телефоні.
Виняткові антикорозійні властивості берилієвих бронз, їх міцність і антифрикційні характеристики роблять їх оптимальним матеріалом для виробництва елементів нафтопереробного устаткування і бурових установок. Зокрема, з них виготовляють труби для бурильних установок, елементи різьбових з’єднань, опори для установки насосів, які використовуються для перекачування нафти та продуктів її переробки.
Гайковий ключ вибухобезпечний з берилієвої бронзи
Властивості сплавів на основі берилію і міді дозволяють застосовувати їх для виробництва таких виробів.
- Елементів електронних пристроїв, двигунів та інших систем, які використовуються для оснащення сучасних транспортних засобів.
- Деталей літаків і різного устаткування, що працюють в умовах змінних навантажень і перепадів температур. Берилієві бронзи використовуються для виготовлення деталей шасі літальних засобів, елементів навігаційного обладнання, інших відповідальних виробів.
- Електродів і зварювальних стрижнів для оснащення обладнання контактного зварювання. Доцільність використання низьколегованих берилієвих бронз для виробництва подібної продукції обумовлена їх виключної жароміцністю і електропровідністю. Важливо і те, що електроди, виготовлені з цього матеріалу, характеризуються тривалим терміном експлуатації внаслідок високої зносостійкості.
З бронз мідно-берилієвої групи також виробляють поршні для оснащення обладнання, на якому виконуються операції лиття під тиском, стінки камер для кристалізації ливарних заготовок, кокілі для лиття деталей з різних металів. Використання берилієвої бронзи для виробництва подібної продукції, дозволяє не застосовувати додаткових пристосувань для забезпечення захисту їх стінок, що зазнають значні механічні та термічні навантаження.
