Бериллиевая бронза – свойства и сферы применения

В нашем обзоре мы подробнее остановимся на особенностях и физико-химических параметрах медь-беррилиевого сплава, больше известного как бериллиевая бронза. Расскажем о физических и химических характеристиках, а также области применения этого уникального состава.

Бериллиевая бронза – это медь-беррилиевый сплав, включающий от 0,5 до 3% бериллия, в ряде случаев возможно добавление иных примесей. Бериллиевая бронза отличается:

1. Повышенной плотностью и крепостью в сочетании с немагнитными характеристиками и полным отсутствием искровыделения.
2. Она способна подвергаться любым типам обработки — разрезанию и формовке.
3. Сплав повсеместно используется для изготовления инструментов, в том числе и музыкальных, а также высокоточных приборов и пуль для огнестрельного оружия.
4. Нашел свое применение медь-бериллий и в воздушно-космических технологиях.

Важно! Помните, что сплавы, включающие любое количество бериллия, высокотоксичны и представляют опасность для человека на этапе производства.

Бериллиевая бронза относится к группе так называемых дисперсионно упрочняемых составов. Их отличительной характеристикой является зависимость степени растворимости легирующих ингредиентов от нагрева.

При выполнении закалки из однофазного участка в твердом веществе формируется чрезмерное число атомов основного легирующего компонента в сравнении с равновесным состоянием подобной системы.

Получившийся концентрированный твердый раствор отличается термодинамической неустойчивостью и стремлением к распаду, с повышением уровня температуры этот процесс активируется.

Эффект уплотнения объясняется дисперсностью выделений, полученных в результате распада веществ.

Химическая формула бериллиевой бронзы – БрБ2, ее состав подробно прописан в действующем ГОСТ.

Сплав включает такие ингредиенты:

• медь 97-98%;
• бериллий 1,9-2,1%;
• никель 0,2-0,5%;
• менее 0,5% добавок.

Чаще всего используются медь-бериллиевые составы, содержащие 2% бериллия, а также медь-бериллий-кобальтовые сплавы, где процентное присутствие бериллия не превышает 0,8%. Первый сплав получил название высоколегированной бериллиевой бронзы, второй относят к группе низколегированных марок.

Бериллиевая медь обладает следующими физико-химическими характеристиками.

1. Завышенная электро- и теплопроводность. По этим параметрам вещество лишь ненамного уступает меди.
2. Повышенный предел упругости.
3. Отсутствие искровыделения при механических ударах.
4. Высокие параметры коррозийной стойкости, твёрдости и временного сопротивления.

Все эти характеристики максимально проявляются для всех моментов, когда бериллиевая бронза подвергается разнообразным способам обработки и закалки.

К примеру, при искусственном состаривании предельной пластичности такие вещества достигают после выполнения закалки, которая производятся при температуре примерно 770 градусов — в этом состоянии бериллиевая бронза отличается исключительной легкостью.

Типовое сопротивление вещества соответствует 450 МПа. Этот параметр возрастает в 2 раза при процессах пластической деформации сплава на 35-50%. Как следствие, после старения, которое выполняется сразу же по завершении процесса закалки, механические свойства бериллия становятся исключительно высокими.

Принципиальные для промышленности параметры медь-бериллиевого состава далеко не ограничиваются перечисленными.

Все бронзовые сплавы, в структуру которых входят бериллий, характеризуются высокой теплостойкостью — изделия, выполненные из них, могут функционировать без изменений своих возможностей при температурах до 340 градусов тепла.

А при нагреве до 500 градусов механические свойства и плотность любых бериллиевых бронз становятся полностью идентичны по своим показателям алюминиевым, а также оловянно-фосфоритным композициям при стандартной температуре эксплуатации около +20 градусов.

Такое свойство позволяет использовать бериллиевую бронзу для производства фасонных отливок высочайшего качества.

В большинстве случаев сплав производится в форме полуфабрикатов, которые прошли стадию формовки. Чаще всего это тонкая лента, полоска или проволока.

Бериллиевые сплавы с легкостью поддаются любой мехобработке (резка, пайка и сваривание). Хотя имеются некоторые ограничения на проведение перечисленных манипуляций. Так, любые сплавы бериллия следует паять сразу же по завершении их механической зачистки.

При этом обязательно следует использовать серебряный припой, а также флюс. Важно, чтобы в самом флюсе непременно присутствовали соли фтора. В последние годы большое распространение получила так называемая вакуумная пайка — её проводят под толстым покрытием из флюса.

Таким образом, обеспечивается уникальное качество изделия.

А вот электродуговую сварку в наши дни практически не применяют при работе с бериллиевой медью, поскольку она имеет значительный кристаллизационный термический интервал.

Сварки шовного, а также точечного и роликового типов в инертных средах освоены в достаточно полном объеме.

Стоит добавить, что специфические механические характеристики материала не дают выполнять сварочные работы сразу после термообработки бронзы — об этом непременно следует помнить, продумывая технологию их обработки.

Отдельного внимания заслуживает такой показатель, как скорость охлаждения. Этот показатель должен быть предельно резким, чтобы и предотвратить распад пересыщенного твердого состава.

Именно поэтому при подборе рабочих закалочных сред в первую очередь стоит исходить из показателей критической скорости.

Эти данные подтверждают, что в ходе закалки бронзы максимальные скорости охлаждения должны находиться в коридоре 500—250 градусов.

Замедленные процессы на данном интервале влекут раннее выделение упрочнителя и вызывают снижение способности к дальнейшему отвердению. Критическая скорость охлаждения, которая позволяет добиться оптимального сочетания физико-технических характеристик, соответствует 30-60 г/секунду для меди с добавлением бериллия.

Чтобы добиться нужного значения, сплав обычно закаляют в воде. Для того чтобы сократить параметры критической скорости, в сплав обычно вводят немного кобальта. Минимальные добавки такого металла вызывают повышение стойкости переохлажденного раствора.

Аналогичным образом на стойкость бронзы могут повлиять магниевые примеси.

Визуально бериллиевая бронза выглядит как цветной сплав, который совместно используется при изготовлении пружинящих элементов, проволоки, прутков и некоторых иных элементов, от которых требуется сохранение конфигурации. При частых деформациях и постоянных перегрузках такая проволока имеет повышенную электропроводимость, её используют в низкочастотных контактах для изготовления электрических соединителей.

Берилий-медный сплав часто используют изготовления ударных музыкальных инструментов для обеспечения их поступательного тона и акустического резонанса — обычно материал востребован при создании треугольников и бубнов.

Распространено применение сплава для криогенного оборудования, применяемого при самых сниженных температурах. Например, рефрижераторов. Актуальность использования медь-бериллия в данной сфере объясняется её крепостью и повышенной теплопроводностью в данном температурном диапазоне.

Используют состав для производства огнестрельных пуль. Хотя подобное применение достаточно необычно, так как пуля из стали стоят дешевле и при этом имеют довольно схожие характеристики.

Проволока, выполненная из медь-бериллия, выпускается сразу в нескольких формах.

Она может быть фигурной либо плоской, округлой либо квадратной, в продаже представлены разные прямых пластов, а также катушки или мотки.

Интересная информация о бериллии представлена в следующем видео.

Источник: https://vplate.ru/metally-i-splavy/berillievaya-bronza-sostav-svojstva-i-primenenie/

Бериллиевая бронза: характеристики :

Бериллиевая бронза – это сплав, который активно используется в производстве деталей различного назначения и не только. Его широкое применение обусловлено уникальными свойствами. Итак, что же представляет собой этот сплав, какие у него особенности?

Свойства бронзы

Перед тем как перейти к обсуждению основной темы, хотелось бы обратить внимание на характеристики и состав бронзы. Бериллиевый сплав все-таки отличается по свойствам. Чем является «изначальный» вариант?

Бронза – это сплав меди, которая представляет собой пластичный переходный металл розовато-золотистого цвета. Встречается в самородном виде чаще серебра, золота и железа.

В зависимости от наличия добавочного металла и примесей, различают марки бронзы. Бериллиевая — самая прочная. Но об этом – поподробней.

Химический состав

Итак, бериллиевая бронза – это дисперсионно упрочняемый сплав. Его особенность заключается в температурной зависимости растворимости легирующих компонентов. В процессе закалки в твердом растворе выделяется избыточное количество их атомов (носителей свойств вещества).

В результате получается пересыщенный твердый раствор. Он является термодинамически неустойчивым, стремится к распаду, и чем выше температура – тем сильнее. А эффект упрочнения определяет дисперсность выделений, которые образовались при распаде.

Из сплавов системы Cu-Be чаще всего применяют бериллиевую бронзу БрБ2 (марка). В ней содержится около 2% данного вещества. Еще используются сплавы МНБ. В них содержится еще и никель, а процент бериллия равен 0.

8%. Третий тип сплавов – МКБ. В них вместо никеля присутствует кобальт. Бериллий содержится в том же количестве. Первый сплав из перечисленных называют высоколегированным. Второй и третий – низколегированными.

Все они в закаленном состоянии имеют отличную пластичность и технологичность, высокие механические свойства в состаренном состоянии. Нередко их качества улучшают посредством пластической деформации.

Когда материал уместен?

Иногда без применения бериллиевой бронзы не обойтись. Использование данного материала является высокоэффективным, если нужно добиться:

• Отсутствия у конечного изделия ферромагнитных свойств и способности к образованию искр при ударах.
• Высокой электропроводности.
• Повышенных упругих и прочностных свойств.
• Высокой теплопроводности.
• Устойчивости к коррозии.

Все перечисленные характеристики становятся еще лучше, если сплав в конце подвергают закалке или термической обработке другого вида. Тому же искусственному старению, например.

А самый эффективный метод, используемый для достижения пластичности сплава, – это закалка, осуществляемая при температуре в 775 °C.

Использование в приборостроении

Оно является наиболее распространенным. Бериллиевая бронза применяется при производстве электронных, а также электрических деталей. В первую очередь это пружинные контакты, соединители, переключатели.

Также без нее не обходится производство оптиковолоконного телекоммуникационного оборудования. К данной категории относятся:

• Оптические передатчики.
• Предусилители.
• Микросхемы синхронизации и восстановления данных.
• Блоки преобразования последовательного кода в параллельный.
• Кабели.
• Параллельно-последовательные преобразователи.
• Лазерные формирователи.

Также бериллиевую бронзу используют для производства гнездовых разъемов для соединения интегральных систем с печатной платой.

И, поскольку с развитием технологий усложняется компьютерная и мобильная техника, электронные детали все миниатюризируются. Спрос на бронзо-бериллиевые сплавы повышается, поскольку именно они являются идеальным материалом для изготовления мелких, легких и надежных деталей. Во многих современных смартфонах, коммуникаторах, ноутбуках и планшетах они уже используются.

А компьютерные соединители, переключатели, пружины и прочие детали уже давно из них изготавливают. Оценочно в 1999 году в каждом ПК содержалось как минимум 2 грамма бериллия в составе бронз.

Автопромышленность

Еще одна сфера, в которой благодаря своим свойствам бериллиевая бронза часто применима. В частности, многие электронные детали моторных отсеков делают именно из нее. А еще из данного материала изготавливают электронные схемы систем безопасности многих автомобилей.

Поскольку степень компьютеризации и производство машин с каждым годом лишь растут, то и сплавов требуется больше.

Стоит отметить, что на долю автопромышленности приходится порядка 12% мирового потребления данного материала. Из него делают подшипники, втулки, детали узлов, комплектующие. Неудивительно, ведь его прочность значительно превосходит показатели латуни и сплавов, в которые добавляют кремний, олово, фосфор, хром и алюминий.

Нефтегазовая отрасль

И здесь задействована бериллиевая бронза. Характеристики данного сплава позволяют использовать его в производстве оборудования, предназначенного для бурения и нефтедобычи. Из него делают:

• Скользящие опоры нефтяных насосов.
• Резьбовые соединения колонн бурильных труб.
• Безискровые вспомогательные инструменты.
• Трубы.
• Детали насосов.
• Опоры буровых долот.

Особо ценится этот материал за высокую упругость. Если ударить по изготовленным из него деталям, то искра не возникнет. Это очень важно на столь опасных производствах, особенно при добыче и последующей транспортировке углеводородов. А чем является нефть? Ископаемым топливом, горючей жидкостью, состоящей из сложной смеси углеводородов и других химических соединений.

Авиастроение

Наверняка всем знакомы такие самолеты, как Boeing 787 и Airbus A380. В производстве их корпусов был использован бериллиевый сплав.

Дело в том, что это – идеальный материал для данных целей. У него намного более высокая твердость, прочность, износостойкость и несущая способность, чем у любого другого сплава. Он образует на поверхности корпуса стойкий, но тонкий слой окиси, которая оказывает действие самовосстанавливающейся смазки.

Также из этого сплава сделаны втулки, испытывающие повторяющийся контакт с поверхностью. Она должна постоянно оставаться гладкой, а значит и материал нужен такой, который не изнашивается. Логично, почему применяют бериллиевый сплав.

Кстати, еще один плюс материала – это его хорошая текучесть в расплавленном состоянии. Данное свойство делает его удобным для сложных отливок. Корпуса трубок Пито, например, включают в себя крайне тонкие литые конструкции. И их можно отлить лишь из хорошо текучего материала. И направляющие лопасти вертолетных турбин, к слову, тоже изготавливают из этих сплавов.

Контактная сварка

Это процесс, в ходе которого образуется неразъемное сварное соединение посредством нагрева металла током, проходящим через него, с дальнейшей пластической деформацией этой зоны под действием сжимающего усилия. То есть тоже техническая сфера. Здесь применение находят выполненные из бериллиевого сплава:

• Электроды. Проводники тока.
• Электрододержатели. Часть электросварочного аппарата, в которую вставляется электрод.

Срок их службы значительно выше, чем у тех компонентов, которые изготавливают из других сплавов (хромовых бронз, если быть точнее). Спектр применения широк. Вот, что сваривают с использованием компонентов из бериллиевой бронзы: проволоку, строительную арматуру, листовую углеродистую сталь, никель-хром-кремниевые сплавы, рельсы для магистральных железнодорожных путей и т.д.

Это действительно износостойкий материал. Компоненты, сделанные из него, могут работать с большими усилиями прижатия электродов, мощным током и высоким темпом.

Они выдерживают большое количество сварок, поскольку у них повышенный модуль упругости, стойкость к знакопеременным нагрузкам и высокой температуре разупрочнения.

А значит, не только электроды приходится реже менять – точность и прочность соединений увеличивается в несколько раз.

Литье сплавов и металлов

Это следующая сфера применения бериллиевой бронзы. По ГОСТу, ее разрешено использовать в плунжерах (поршнях) оборудования для литья под давлением. В том числе алюминия, в кокилях (многоразовые формы), в стенках кристаллизаторов и в установках непрерывной разливки.

Какие преимущества обсуждаемого материала здесь? Увеличенный срок службы, а еще отсутствие необходимости наносить на стенки и литейные формы дорогостоящее защитное покрытие.

Уникальные свойства

В наше время существует множество различных металлов и сплавов. Так что в заключение хотелось бы сказать о том, почему медный материал с добавлением бериллия ценится в перечисленных областях больше всего. Итак, этот сплав:

• Действительно упругий. Он буквально «пружинит».
• Очень долговечный. Десятилетиями будет сохранять свою изначальную твердость и соответствующий внешний вид.
• Легко поддается «совершенствованию». Временное сопротивление равно 450 Мпа, но его можно увеличить на 40%, лишь подвергнув деформированию, о котором говорилось ранее. Но вообще его реально довести и до 1400 Мпа.
• Своих свойств не меняет, даже если разогреть его до 340 °С. Если увеличить температуру до 500 °С, то его качества станут схожи с теми, которые свойственны алюминиевым, фосфорным, оловянным сплавам.

Кстати, чтобы сделать бериллиевый материал еще прочнее, иногда в него добавляют бор, магний, титан, никель, кобальт или редкоземельные металлы. В определенных случаях такие примеси допустимы и оправданы.

Источник: https://www.syl.ru/article/366542/berillievaya-bronza-harakteristiki

Бериллиевая бронза

При соединении нескольких компонентов получаются сплавы, обладающие уникальными эксплуатационными качествами. Примером можно назвать бериллий и бронзу, при соединении которых получается бериллиевая бронза. Она обладает особыми эксплуатационными качествами, которые определяют активное применение материала для выпуска самых различных деталей и вещей. Рассмотрим данный сплав подробнее.

Бериллиевая бронза

Свойства материала

Самым распространенным сплавом можно назвать БрБ2. Его очень часто называют высоколегированной бронзой. Кроме этого востребованы и другие марки бериллиевой бронзы, которые в составе могут иметь различный процент основных и легирующих компонентов.

Основные свойства бериллиевой бронзы заключаются в нижеприведенных моментах:

1. Высокая упругость. Этот параметр определяет то, что изготовленные детали из рассматриваемого сплава могут выдерживать воздействие различной деформационной нагрузки, направленной перпендикулярно или под другим углом относительно оси.
2. При соударении изделий не появляются искры. Данный эффект проявляется при применении обычной стали или некоторых других материалов. Подобное качество позволяет применять бериллиевой бронзы для изготовления ответственных деталей, которые работают в сложной, легко воспламеняемой среде.
3. Высокая электропроводность бериллиевых бронз определяет большое распространение материала. Однако стоит учитывать, что показатель электропроводности чуть ниже чем у чистой меди.
4. Повышенная теплопроводность обуславливает применение материала при изготовлении отводящих тепло элементов. Примером можно назвать изготовление охладительных систем различных компьютеров. Высокая стоимость бериллиевой бронзы не позволяет ее использовать при производстве отопительных систем.
5. Не стоит забывать и о том, что сопротивление коррозии также высокое. Материал не реагирует на воздействие влаги, что определяет длительный срок службы при эксплуатации в сложных условиях.

Внешний вид бериллиевой бронзы

Состав сплава определяет основные эксплуатационные качества. Кроме этого не стоит забывать о том, что бериллиевые сплавы подвергаются термохимической обработке. Пластичность и прочность достигается при закалке, которая проводится при температуре около 800 градусов Цельсия.

Уникальные свойства бериллиевой бронзы связаны с ее особым химическим составом. В качестве примеров отметим следующие моменты:

1. Бериллий в таком сплаве имеет концентрацию 1,6-3%. В материалах МНБ и МКБ показатель концентрации этого вещества составляет 0,8%.
2. Концентрация легирующих элементов может меняться при проведении закалки. Этот момент следует учитывать при рассмотрении термохимической обработки.

Временное сопротивление имеет показатель 450 МПа, но может изменяться в зависимости от особенностей оказываемого воздействия. Пластическая модификация материала позволяет увеличить этот показатель примерно на 40%. После термохимической обработки показатель составляет 1400 МПа.

Изменение основных свойств происходит при нагреве бериллиевой бронзы до температуры 340 градусов Цельсия. При нагреве до 500 градусов Цельсия бериллиевый состав приобретает эксплуатационные качества, которые характерны алюминию.

Область применения

Технологические свойства сплава определяют то, что он может применяться для получения отливок сложной формы и высокого качества. Кроме этого, сплав бериллиевой бронзы обладает хорошей обрабатываемостью, а для соединения деталей могут применяться самые различные методы.

Детали из бериллиевой бронзы БрБ2

Может проводится пайка и сварка с учетом принятых ограничений. Пайка может проводится исключительно после чистки поверхности. В качестве припоя может применяться состав на основе серебра. Также может применяться метод вакуумной пайки, который обладает достаточно высокой эффективностью.

Нельзя применять метод электродуговой сварки для соединения бериллиевой бронзы.

Чаще всего применяются следующие технологии:

1. Точечная сварка.
2. Шовный метод.
3. Роликовая сварка в среде инертных газов.

Электродуговая сварка не может применяться по причине высокого температурного интервала кристаллизации. Кроме этого проводить сварочную работу после термохимической обработки нельзя.

Бронза медно-бериллиевой группы получила широкое применение в той области, где металл должен обладать уникальными эксплуатационными качествами. Ограничением по области применения можно назвать то, что стоимость материала весьма велика. Поэтому его применяют для изготовления небольших деталей.

Наиболее распространенное применение заключается в производстве современных микросхем.

Примеры изготавливаемых из бронзы деталей:

1. Гнездовые разъемы, элементы интегральных микросхем.
2. Соединительных элементов, через которые проходит передача электричества.
3. Контактов пружинного типа.
4. Монтажные элементы оптико-волоконных сетей.
5. Телекоммуникационное оборудование.

Инструмент из бериллиевой бронзы

Подобный сплав сегодня применяется при производстве различных мобильных устройств, а также оргтехники или бытовых приборов. Кроме этого он используется при выпуске оборудования, применяемого в нефтяной промышленности.

Это связано с антикоррозионными и антифрикционные качества. Примером можно назвать то, что сплав применяется для производства труб для бурильных установок, опор для устанавливаемых насосов и других элементов.

Этот момент определяет то, что затраты при нефтедобыче весьма велики.

Бериллиевая бронза БрБ2

Бронза бериллиевая БрБ2 получила достаточно большое распространение. Это связано с необычными эксплуатационными качествами данного сплава.

Лента бериллиевой бронзы БрБ2

Применение бронзы БрБ2 следующее:

1. Автомобилестроение. Сегодня автомобили имеют достаточно большое количество точных элементов. Примером можно назвать электрические схемы, на которых работает мультимедийная и навигационная система, электрические приводы и многое другое. Сегодня подобный материал применяется все чаще.
2. Авиастроение. В данной области применения сплав практически незаменим. Это связано с тем, детали из бериллиевой бронзы могут выдерживать переменную нагрузку. Примером назовем элементы шасси, навигационных систем и других ответственных элементов. При применении современных технологий можно получить детали высокой точности и с уникальными эксплуатационными качествами.
3. Контактная сварка. Применяется бериллиевая бронза при изготовлении стержней и электродержателей. Это связано с тем, сплав обладает повышенной электропроводностью и жаропрочностью, может выдерживать прохождение высоких токов на протяжении длительного периода.

Довольно часто сплав применяется для изготовления поршней агрегатов. Для повышения эксплуатационных качеств может проводится дополнительная химико-термическая обработка.

Особенностями бериллиевой бронзы БрБ2 можно назвать нижеприведенные моменты:

1. В состав не входит олово.
2. При производстве проводится дополнительная обработка давлением.
3. Химический состав представлен сочетанием меди, бериллия, никеля и небольшой концентрацией других примесей.
4. Бериллиевая бронза отличается высокой коррозионной стойкостью, обладает высокой устойчивостью к износу.
5. Основные эксплуатационные качества можно улучшить путем проведения закалки.
6. Плавление проходит при температуре 955 градусов Цельсия.
7. Горячая обработка возможна при нагреве поверхности до 750 градусов Цельсия.
8. Материал может выдерживать существенное воздействие, истирание проходит постепенно, откалывание поверхности не происходит.
9. Поверхность подается полировке. При необходимости можно создать деталь с небольшим показателем шероховатости. Именно поэтому берилловая бронза применяется при изготовлении деталей, которые во время эксплуатации подвержены трению.

Дополнительная обработка позволяет придать поверхности большую твердость и пластичность. В продаже можно встретить полуфабрикаты, которые выпускаются в мягком и твердом состоянии. Подобная бериллиевая бронза отлично проявляет себя при работке в коррозионных средах, не поддается истиранию.

В заключение отметим, что бериллиевая бронза обладает высокими эксплуатационными качествами, но при этом стоимость материала тоже очень высока из-за редкости применяемых компонентов и сложности процесса соединения основных составляющих. Однако сегодня сплав встречается довольно часто, так как позволяет изготавливать электрические схемы небольших размеров. Этот момент также обуславливает существенное увеличение стоимости современного оборудования.

Источник: https://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/berillievaya-bronza.html

Бериллиевые бронзы, обрабатываемые давлением

Оптимальными свойствами обладают сплавы, содержащие около 2—2,5 % Be. При дальнейшем увеличении содержания бериллия прочностные свойства повышаются незначительно, а пластичность становиться чрезмерно малой.

Согласно диаграмме состояния Cu-Be, в равновесии с α-твердым раствором бериллия в меди в твердом состоянии могут находиться фазы β и γ.

Равновесная γ(CuBe)-фаза — твердый раствор на основе соединения CuBe — имеет упорядоченную ОЦК решетку. Такую же решетку, но неупорядоченную имеет β-фаза.

Фаза β устойчива только до температуры 578°С, при которой она претерпевает эвтектоидный распад β → α+γ (CuBe).

Химический состав (%) и назначение безоловянных деформируемых бронз(ГОСТ 18175–78)

Марка бронзы	Be	Ni	Ti	Mg	Примеси	Примерное назначение
БрБ 2	1,8–2,1	0,2-0,5	–	–	0,15Al; 0,15Fe; 0,15Si; 0,005Pb; в сумме не более 0,5	Прутки, проволока, листы, лента, полосы. Пружины и пружинящие детали ответственного назначения, мембраны, износостойкие детали всех видов, детали часовых механизмов, неискрящии инструмент
БрБ 2,5	2,3–2,6	0,2–0,5	–	–	0,1Al; 0,15Fe; 0,15Si; 0,005Pb; в сумме не более 0,5
БрБНТ 1,7	1,60–1,85	0,2–0,4	0,1–0,25	–	0,1Al; 0,15Fe; 0,15Si; 0,005Pb; в сумме не более 0,5
БрБНТ 1,9	1,85–2,10	0,2–0,4	0,10–0,25	–	0,1Al; 0,15Fe; 0,15Si; 0,005Pb; в сумме не более 0,5
БрБНТ 1,9Мг	1,85–2,10	0,2–0,4	0,10–0,25	0,07–0,13	0,1Al; 0,15Fe; 0,15Si; 0,005Pb; в сумме не более 0,5
БрБНТ	0,4–0,7	1,4–1,6	0,05–0,15	–	0,1Al; 0,15Fe; 0,15Si; 0,005Pb; в сумме не более 0,5	Листы, полосы, прутки. Детали машин стыковой сварки, электроды для сварки коррозионно­стойких сталей и жаро­прочных сплавов

Бериллиевые бронзы широко применяются за рубежом в промышленно развитых странах.

Из них изготовляют плиты, листы, ленты, горячепрессованные прутки, сварные и бесшовные трубы, прессованные профили и другие полуфабрикаты.

Для улучшения свойств бериллиевые бронзы дополнительно легируют небольшими добавками металлов VIIIA группы — кобальтом, никелем и железом. В марочном составе обычно оценивают суммарное содержание этих металлов.

Химический состав (%) стандартных бериллиевых бронз, применяемых в США, Германии, Японии, Франции и Англии

Марка	Страна	Стандарт	Ве	Другие элементы и примеси
С17000	США	ASTM B194	1,60–1,79	0,20 Аl; 0,20 Si; (Niі+Co) > 0,20; (Ni+Со+Fе) = 0,6
С17200	США	ASTM B194, В570	1,8–2,0	(Ni+Со) > 0,20; (Ni+Со+Fе) = 0,6 сумма примесей не более 0,5
CuBe1,7 (2.1245)	Германия	DIN 17666	1,6–1.8	(Ni+Со) > 0,20; (Ni+Со+Fe) = 0,6
CuВе2	Германия	DIN 17666	1,8–2,1	(Ni+Со) > 0,20; (Ni+Со+Fе) = 0,6 сумма примесей не более 0,5
CuВе2РЬ (2.1248)	Германия	DIN 17666	1,8–2,1	0,20–0,6 РЬ; (Ni+Со) > 0,20; (Ni+Со+Fе) = 0,6 сумма примесей не более 0,5
С1700	Япония	JIS130	1,6–1,79	(Cu+Ве+Nі+Со+Fе)>99,5; (Ni+Со) > 0,2; (Ni+Со+Fе) > 0,6
С1720	Японии	JIS Н3130	1,8–2,0	(Cu+Ве+Nі+Со+Fе)>99,5; (Ni+Со) > 0,2; (Ni+Со+Fе) > 0,6
Сu-Ве 250	Англия	—	1,8–2,0	0,25 (Со+Ni)
Сu-Ве 275	Англия	—	2,13–2,8	0,3–0,6 (Со+Ni)
V Ве	Франция	—	1,6–1,9	0,15–0,35(Со+Ni)

Предельная растворимость бериллия в меди в двойной системе Cu-Be при 870°С составляет 2,7% (по массе), и она резко уменьшается с понижением температуры.

Это указывает на возможность применения упрочняющей термообработки к меднобериллиевым сплавам.

Бериллиевые бронзы являются дисперсионно-твердеющими сплавами, причем эффект упрочнения при термической обработке у них максимальный среди всех сплавов на медной основе. Они подвергаются закалке и последующему старению.

Технологические свойства и режимы обработки бериллиевых бронз

Марка	Температура, °С	Обрабаты­ваемость резанием, % (ЛС63-3 — 100%)	Линейная усадка, %	Коэффициент трения
литья	горячей обработки	отжига	закалки	старения	со смазкой	без смазки
1) Низкотемпературный отжиг для повышения упругих характеристик, рекристаллизационный отжиг проводят при температурах 600–700°С.
БрБ2	1030‑1060	700‑800	760‑780	320	20	1,8	0,016	0,35
БрБ 2,51)	1030‑1060	700‑800	—	770‑790	300	—	—	—	—
БрБНТ 1,7	1030‑1060	700‑800	—	755‑775	300	—	—	—	—
БрБНТ1,9	1030‑1060	700‑800	—	760‑780	320	—	—	—	—

При термической обработке бериллиевых бронз существенным является выбор температуры нагрева под закалку (Tзак). Ее значение определяет полноту перевода легирующих элементов в твердый раствор и возможность его гомогонизации. С точки зрения указанных факторов, предпочтительно повышение температуры закалки.

Нагрев под закалку выше оптимальной температуры способствует дополнительному пересыщению твердого раствора бериллием (особенно для сплава БрБ2,5) и вакансиями.

Оба эти фактора ускоряют распад твердого раствора при последующем старении, но повышение температуры закалки приводит к росту зерен α-твердого раствора, что приводит к понижению пластичности и упругих свойств и ухудшает штампуемость.

Получению мелкозернистой сгруктуры способствует также никель: дисперсные частицы фазы NiBe не растворяются полностью при нагреве под закалку и сдерживают рост зерен α-раствора.

Диапазон температур нагрева под закалку бериллиевых бронз составляет 760—800°С. Выше указанных температур бронзы нагревать не следует из-за опасности роста зерен и ухудшения служебных характеристик сплава.

Нагрев под закалку ниже оптимальной температуры уменьшает пересыщение α-твердого раствора бериллием в закаленном сплаве и интенсифицирует прерывистый распад при старении с образованием грубой двухфазной структуры с некогерентным выделением γ-частиц в приграничных участках.

Закалка с низких температур стимулирует прерывистый распад особенно сильно при высокотемпературном старении (выше 350°С). Локализованный в приграничных участках прерывистый распад твердого раствора приводит к охрупчиванию сплава.

Скорость охлаждения

Важным параметром закалки бериллиевых бронз является скорость охлаждения, которое должно быть достаточно резким, чтобы исключить распад пересыщенного твердого раствора.

При выборе закалочных сред руководствуются критическими скоростями (vKp), оцениваемыми с помощью термокинетических диаграмм или диаграмм изотермического превращения переохлажденного α-твердого раствора.

Эти диаграммы строят по микроструктурным исследованиям или по изменению свойств в процессе распада α-раствора по сравнению со свойствами после старения на максиматьную прочность.

Замедленное охлаждение в этом интервале может вызвать преждевременное выделение из α-твердого раствора фазы-упрочнителя и, следовательно, привести к уменьшению способности к последующему старению.

Критическая скорость закалочного охлаждения, позволяющая получить необходимое сочетание физико-механических свойств составляет 60°С/с для бронзы с 2,46% Ве и 0,27% Со.

Критическая скорость охлаждения у бериллиевых бронз достаточно высока и составляет 30— 60°С/с, поэтому их обычно закаливают в воде. Для уменьшения критической скорости в бериллиевые бронзы вводят никель или кобальт.

Добавки этих металлов приводят к повышению устойчивости переохлажденного α-твердого раствора в области температуры его наименьшей стабильности (~ 500°С). Примерно так же на устойчивость твердого раствора влияют небольшие добавки магния.

Важным достоинством бериллиевых бронз является их высокая пластичность при умеренной прочности в закаленном состоянии: σв = 400—500 МПа. δ = 30—45%. В этом состоянии они легко переносят операции гибки, вытяжки и другие виды деформации.

Температурный режим старения зависит от необходимого сочетания свойств изделия и находится в интервале температур 300—350°С. При старении бериллиевых бронз распад α-раствора характеризуется сложностью форм фазовых переходов.

Превращение проходит через ряд метастабильных состояний, последовательность которых зависит от температуры изотермической выдержки. При температурах ниже 430°С распад начинается с образования зон Гинье-Престона (ЗГП), представляющих собой дискообразные монослои атомов бериллия, расположенные паралельно плоскостям {100} матрицы.

После образования ЗГП при температурах ниже 300—350°С появляются частицы метастабильной γ»-фазы, имеющей моноклинную решетку: а = b = 0,254 нм, с = 0,324 нм, Р — 85°25'.

Метастабильная γ'-фаза образуется из γ»-фазы при температурах ниже 350°С, либо непосредственно из ЗГП при более высоких температурах. Она имеет объемноцентрированную тетрагональную решетку с периодом а = 0,279 нм и с — 0,254 нм и плоскостью габитуса {112}α. По мере развития процесса старения размеры выделений γ'-фазы увеличиваются а тетрогональность ее решетки уменьшается.

После длительного старения и особенно выше температуры 400 °С γ'-фаза теряет когерентность с матрицей, степень тетрагональности ее решетки приближается к единице, и она превращается в стабильную γ(CuBe)-фазу.

Возможно образование γ-фазы из метастабильной γ'-фазы и непосредственно из α-твердого раствора.

Таким образом, в бериллиевых бронзах при различных температурах старения наблюдается следующая последовательность превращений:

300°C : αCu-Be → ЗГП → γ» → γ' → γ(CuBe) 350‑400°C : αCu-Be → ЗГП → γ' → γ(CuBe)

После дисперсионного твердения при старении готовые детали приобретают высокиеупругие свойства: предел упругости достигает 750—770 МПа, предел выносливости 250—290 МПа (на базе 1⋅108 циклов), твердость 350—400 HV.

Обработка резанием даже после дисперсионного твердения затруднений не вызывает.

Типичные свойства бериллиевых бронз

Марка	Состояние материала	σB, МПа	σ0,2 МПа	δ %	HV (НВ)	σ0,005 МПа	E ГПа	KCU, МДж/м2	σ-1 на базе 1⋅108 циклов, МПа
БрБ2	Закаленное	500	250	40	90	130	117	0,7	—
Состаренное	1250	1000	3	370	770	131	0,125	245
Состаренное после закалки и деформации на 40%	1350	1200	2	400	960	135	294
БрБ 2,5	Закаленное	550	300	30	115	160	120,5	—	—
Состаренное	1300	1100	2	380	790	133	—	—
Состаренное после закалки и деформации на 40%	1400	1300	1,5	410	970	138	294
БрБНТ 1,7	Закаленное	420	220	50	85	120	107	—	—
Состаренное	1150	930	7	320	700	128	—	245
Состаренное после закалки и деформации на 40%	1250	1150	3	360	890	131,5	275
БрБНТ 1,9	Закаленное	480	250	50	90	130	110	—	—
Состаренное	1250	1000	6	360	77	130	—	245
Состаренное после закалки и деформации на 40%	1350	1180	2	400	960	134	294

 

Механические свойства бериллиевых бронз

Марка	Закалка	Старение по оптимальному режиму
σB, МПа	δ,%	σB, МПа	σ0,02, МПа	δ,%
БРБНТ 1,9	400 — 500	38 — 45	1150 — 1250	700	4 — 6
БрБ2	400 — 500	38 — 45	1150 — 1250	600	4..6
БрБ 2,5	400 — 500	30 — 38	1250 — 1350	650	3 — 5
БрБНТ 1,7	300 — 400	45 — 50	1000 — 1100	400	5 — 7

Легирование бериллиевых бронз направлено на улучшение их свойств. В качестве легирующих элементов используют Ni, Co и Ti. Эти элементы подавляют прерывистый распад и замедляют непрерывный.

Такое влияние никеля и кобальта связывают с тем, что эти элементы, имеющие меньший атомный радиус, чем медь, уменьшают период решетки α-раствора, что приводит к сохранению когерентности матрицы и выделений, т.е. к отностильной стабилизации γ'-фазы.

Кроме того, Ni и Ti могут образовывать соединения типа NiВе, Cu3Тi, которые обеспечивают дополнительное упрочнение.

Бериллиевые бронзы отличаются высоким сопротивлением малым пластическим деформациям из-за сильного торможения дислокаций дисперсными частицами, выделившимися из твердого раствора при старении, а следовательно, они имеют высокий предел упругости.

С увеличением этого сопротивления уменьшаются микропластические деформации при заданном напряжении и. следовательно, уменьшается релаксация напряжений.

Все это приводит к повышению релаксационной стойкости сплавов — основной характеристики, определяющей свойства упругих элементов.

Бериллиевые бронзы часто подвергают низкотемпературной термомеханической обработке (НТМО), заключающейся в применении пластической деформации между операциями закалки и старения. В этом случае деформация закаленного сплава обеспечивает равномерный распад по всему объему твердого раствора при старении и получение высоких упругих характеристик.

Источник: https://www.metmk.com.ua/23spr_br.php

Бериллиевая бронза

Бериллиевая бронза представляет собой сплав меди и бериллия, подвергнутый дисперсионному упрочнению. Данный материал нашел широкое применение в процессе изготовления имеющих разнообразное назначение деталей, включая и предназначенных для установки в особо ответственные изделия, что обусловлено в первую очередь свойствами этого вида бронзовых сплавов.

Процентное содержание бериллия в таковых сплавах составляет от полутора до трех процентов, остальное – медь, а так же – кобальт или никель.

При наличии кобальта бериллиевая бронза называется медно-кобальтовой, и обозначается буквами «МКБ», при наличии же никеля она называется медно-никелевой, и обозначается буквами «МНБ».

В двух последних типах бронз бериллий содержится в количестве не более 0,8 процента.

Все бериллиевые бронзы обладают характерной особенностью. Она состоит в том, что способность содержащихся в ней легирующих добавок растворяться может изменяться при нагревании.

Например, в процессе их термической обработки, именуемой термином «закалка», концентрация атомов легирующих элементов увеличивается, в результате чего образуется весьма неустойчивый в термодинамическом отношении пересыщенный твердый раствор, сохраняющий свои первоначальные свойства лишь при неизменности параметров, существовавших в момент его возникновения.

В процессе распада образуются различные выделения, от степени дисперсности которых и зависит значение достигаемого в процессе закалки бериллиевой бронзы упрочняющего эффекта. Потому этот процесс и называется дисперсионным упрочнением. Соблюдение всех правил технологии закалки увеличивает прочность изготавливаемых из этого материала деталей, и повышает предельные значения текучести медно-бериллиевого сплава.

Наиболее распространена бериллиевая бронза марки БрБ2, где буквы означают «бронза бериллиевая», а число – процентное содержание легирующей добавки. Как видно из обозначения, оно составляет примерно 2 процента, т.е. эта бронза является высоколегированной.

Существует бериллиевая бронза с еще большим содержанием легирующей добавки – до 2,5 %. Она маркируется обозначением БрБ2,5.

Вышеупомянутые сплавы марок МКБ и МНБ являются низколегированными бериллиевыми бронзами, поскольку легирующей добавки – бериллия – в них содержится менее одного процента (если точно – до 0,8 %).

Уникальный материал — бериллиевая бронза

Какими же уникальными свойствами обладают медно-бериллиевые сплавы? Во-первых, высокой упругостью. Они буквально «пружинят». В-вторых, бериллиевые бронзы не искрят при ударах ими или по ним, что особо важно в условиях взрывоопасных производств.

В-третьих, они практически не подвержены разрушающим воздействиям времени и коррозии, сохраняя всю свою первоначальную твердость, т.е. обладают особо высокой стойкостью к износу.

И в-четвертых, тепло- и электропроводность бериллиевых бронз практически такая же, как и у меди высокой степени чистоты. Причем закаленные или искусственно состаренные медно-бериллиевые сплавы обладают еще более выдающимися качествами.

Временное сопротивление обычной бериллиевой бронзы равно 450 Мпа, а подвергнутой пластическому деформированию — на целых 40 % выше.

Если же сразу после закалки такие сплавы обработать методом искусственного старения, то этот показатель увеличивается уже не на проценты, а в разы.

Так, временное сопротивление обработанной таким образом бронзы марки БрБ2 достигает значения 1400 Мпа, т.е. улучшается более чем в два раза.

Высока так же и стойкость бериллиевых бронз к тепловому воздействию. Они не меняют своих свойств при нагреве до 340°. Интересно, что если нагреть их до температуры 500°, то свойства таких бронз будут аналогичны свойствам сплавов из алюминия, олова и фосфора, сплавов, работающих при комфортной температуре в 20°.

Из сплавов меди и бериллия можно изготавливать высокотехнологичное литье, однако в основном они предназначаются для производства из них заготовок в виде лент, листов, полос, проволоки и других профилей, а уже из них делают необходимые детали. Эти заготовки подвергаются предварительной пластической деформации. Детали из бериллиевой бронзы можно паять и сваривать, однако – с соблюдением определенных ограничений.

Применение бериллиевой бронзы

Основными же направлениями промышленного использования сплавов из меди и бериллия являются нижеследующие:

1. Производство комплектующих для двигателей, электронных устройств, и других систем, предназначенных для использования в современных транспортных средствах.
2. Производство комплектующих для воздушного транспорта, предназначенных для работы при изменяющихся нагрузках и скачущих температурах, например – устройств навигации и шасси вертолетов и самолетов.
3. Производство сварочных стержней и электродов, используемых при контактных сварочных работах, поскольку жаропрочность, износостойкость и электропроводность бериллиевых бронз с низкой степенью легирования поистине исключительны.
4. Производство поршней для литейного оборудования, работающего под давлением, литейных кокилей и кристаллизационных камер.

Источник: http://www.alto-lab.ru/elements/berillievaya-bronza/