Бериллиевая бронза: состав, свойства, марки и применение сплава

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: состав, свойства, марки и применение сплава

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.

Бериллиевая бронза: состав, свойства, марки и применение сплава

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.

Бериллиевая бронза: состав, свойства, марки и применение сплава

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.

Бериллиевая бронза: состав, свойства, марки и применение сплава

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.

Бериллиевая бронза: состав, свойства, марки и применение 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

Бериллиевая бронза: состав, свойства, марки и применение сплава Бериллиевая бронза: состав, свойства, марки и применение сплава Бериллиевая бронза: состав, свойства, марки и применение сплава

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)
Читайте также:  Бессемеровский процесс производства стали технология, изобретение

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.

Для получения мелкого зерна при нагреве до температуры закалки в структуре бронзы должно сохраняться некоторое количество равномерно распределенных включений избыточной β-фазы, которые препятствуют собирательной рекристаллизации α-твердого раствора.

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.

Данные показывают, что при закалке бронзы наибольшие скорости охлаждения должны быть в интервале температур 550— 250°С.

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.

Их диаметр оценивается пределами 2— 10 нм, а толщина — 0,2—1,0 нм. Монослои окружены полями искажений решетки 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.

Температуроустойчивость упругих элементов из бериллиевых бронз значительно выше по сравнению с другими сплавами на медной основе, электропроводность составляет 25—30 % от электропроводности меди. Бериллиевые бронзы хорошо свариваются и паяются.

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

Уникальные свойства бериллиевой бронзы

Дисперсионно-упрочняемый сплав бериллия и меди хорошо известен специалистам как бериллиевая бронза. Активное использование такого материала для производства деталей различного назначения, в том числе и ответственных изделий, обусловлено уникальными свойствами данного сплава.

Уникальность сплава бериллия и меди

Бериллия в таком сплаве содержится 1,6–3 процента. К бронзам данной группы относятся сплавы меди, бериллия и кобальта (МКБ), а также меди, бериллия и никеля (МНБ). В МНБ и МКБ содержание бериллия не превышает 0,8%.

Примечательной особенностью бериллиевых бронз является то, что при их нагреве меняется растворимость легирующих элементов, содержащихся в их составе.

В частности, при осуществлении закалки деталей из данных материалов из однофазной зоны в них увеличивается концентрация атомов легирующих добавок.

Читайте также:  Как правильно согнуть оргстекло в домашних условиях: по радиусу, форме

В результате такой термообработки формируется пересыщенный твердый раствор, который очень неустойчив по своим термодинамическим свойствам.

Как только изменяются внешние условия, такой раствор распадается на составляющие элементы. Особенно сильно активизируется такой процесс при нагревании сплава, а при снижении температуры распад замедляется.

От того, какой дисперсности будут выделения, образующиеся при таком распаде, зависит упрочняющий эффект от проводимой термообработки.

Правильно выполненная термическая обработка позволяет не только улучшить прочностные характеристики деталей из бериллиевой бронзы, но и повысить предел текучести данного сплава.

Свойства системы «медь – бериллий»

Наиболее распространенной маркой бериллиевых сплавов является бронза БрБ2.

Сплав данной марки относится к категории высоколегированной бронзы, что обусловлено достаточно высоким содержанием в ней основного легирующего элемента (около 2%).

К низколегированным бериллиевым бронзам относятся сплавы групп МНБ и МКБ, в которых бериллия содержится не более 0.8%. Есть еще более высоколегированная бериллиевая бронза (БрВ2,5), легирующего элемента в которой содержится около 2,5%.

Бронза бериллиевая высоколегированная (БрБ2)

Сплавы, основу которых составляют бериллий и медь, отличаются следующими характеристиками:

  • исключительная электро- и теплопроводность, сопоставимые с аналогичными характеристиками чистой меди;
  • повышенная износостойкость, способность противостоять ползучести и усталости;
  • высокий предел упругости;
  • при ударах бериллиевые бронзы не выделяют искр;
  • исключительно высокая устойчивость к коррозии, твердость и показатель временного сопротивления.

Свойства, которыми обладают бериллиевые сплавы, можно еще более улучшить, если подвергнуть их термической обработке: закалке и искусственному старению. Можно придать им максимальную пластичность и способность к легкому деформированию, если подвергнуть закалке при температуре порядка 775 градусов.

В обычном состоянии бронза бериллиевой группы обладает временным сопротивлением, равным 450 МПа. При пластическом деформировании деталей из бериллиевой бронзы эта характеристика улучшается на 40%.

Временное сопротивление и другие механические характеристики сплавов этой группы можно улучшить в разы, если подвергнуть их искусственному старению, выполняемом сразу после закалки.

В частности, бронза БрБ2 после осуществления такой термообработки имеет временное сопротивление, равное 1400 МПа.

Отличает бронзы бериллиевой группы и такое важное качество, как теплостойкость. Эксплуатационные свойства таких сплавов не меняются, даже если их нагреть до температуры 340 градусов.

А при температуре нагрева 500 градусов бронза бериллиевой группы обладает такими же свойствами, как изделия, изготовленные из алюминиевых и оловянно-фосфористых сплавов, эксплуатирующихся при температуре 20 градусов.

Технологические характеристики позволяют изготавливать из бериллиевых сплавов сложные отливки высокого качества, но обычно детали из них производят из заготовок, подвергнутых предварительной пластической деформации (листы и полосы, проволока, ленты и др).

Широкое применение сплавов бериллиевой группы обусловлено еще и тем, что они хорошо поддаются различным видам обработки, а для соединения деталей из них можно использовать все известные способы (сварка и пайка).

Между тем, на использование таких операций существуют и определенные ограничения, которые следует учитывать при их планировании.

Ограничения по способам соединения сплавов на основе бериллия и меди касаются как пайки, так и сварки. Пайку бериллиевых бронз следует выполнять сразу же, как была выполнена тщательная механическая зачистка соединяемых элементов.

В качестве припоя при выполнении такой технологической операции используются сплавы на основе серебра, а в защитном флюсе, использование которого необходимо, должны в обязательном порядке содержаться фтористые соли.

Высокое качество пайки деталей из данных сплавов обеспечивает технология, предполагающая выполнение соединения в вакууме и использование слоя защитного флюса.

Детали из бериллиевых бронз не соединяют при помощи электродуговой сварки, для этого успешно используют другие технологии: точечную, шовную, роликовую и сварку в среде инертных газов.

Такое ограничение в применении электродуговой сварки обусловлено тем, что сплавы данной группы обладают большим температурным интервалом кристаллизации.

Кроме этого, сварку бронз бериллиевой группы нельзя выполнять после термической обработки, что обусловлено их особыми механическими свойствами.

Полосы из бериллиевой бронзы

Где используются сплавы данной группы

Бронзы медно-бериллиевой группы находят широкое применение в тех областях, в которых от деталей требуется их соответствие особым характеристикам. Объясняется это не только их уникальными эксплуатационными свойствами, но и дороговизной их производства.

Наиболее распространенными областями применения сплавов бериллиевой группы, является производство электронных и электрических компонентов:

  • телекоммуникационного оборудования, монтажа оптико-волоконных сетей;
  • соединительных элементов, пружинных контактов;
  • разъемов гнездового типа, элементов интегральных микросхем.

Детали, изготовленные из бронз медно-бериллиевой группы, сегодня можно встретить практически в любом компьютерном устройстве, планшете, смартфоне и сотовом телефоне.

Исключительные антикоррозионные свойства бериллиевых бронз, их прочность и антифрикционные характеристики делают их оптимальным материалом для производства элементов нефтеперерабатывающего оборудования и буровых установок. В частности, из них производят трубы для бурильных установок, элементы резьбовых соединений, опоры для установки насосов, использующихся для перекачки нефти и продуктов ее переработки.

Гаечный ключ взрывобезопасный из бериллиевой бронзы

Свойства сплавов на основе бериллия и меди позволяют применять их для производства следующих изделий.

  • Элементов электронных устройств, двигателей и других систем, использующихся для оснащения современных транспортных средств.
  • Деталей самолетов и различного оборудования, работающих в условиях переменных нагрузок и скачков температур. Бериллиевые бронзы используются для изготовления деталей шасси летательных средств, элементов навигационного оборудования, других ответственных изделий.
  • Электродов и сварочных стержней для оснащения оборудования контактной сварки. Целесообразность использования низколегированных бериллиевых бронз для производства подобной продукции обусловлена их исключительной жаропрочностью и электропроводностью. Важно и то, что электроды, изготовленные из данного материала, характеризуются длительным сроком эксплуатации по причине высокой износостойкости.

Из бронз медно-бериллиевой группы также производят поршни для оснащения оборудования, на котором выполняются операции литья под давлением, стенки камер для кристаллизации литейных заготовок, кокили для литья деталей из различных металлов. Использование бериллиевой бронзы для производства подобной продукции, позволяет не применять дополнительных приспособлений для обеспечения защиты их стенок, испытывающих значительные механические и термические нагрузки.

Источник: http://met-all.org/cvetmet-splavy/bronza/unikalnye-svojstva-berillievoj-bronzy.html

Бериллиевая бронза БрБ2

 БрБ2 — это безоловянная бериллиевая бронза, обрабатываемая давлением. Химический состав сплава БрБ2 описан в ГОСТ 18175-78 и включает в себя следующие компоненты: медь 96,9-98,0 %, бериллий 1,8-2,1 %, никель 0,2-0,5 % и до 0,5 % примесей.

Сплав выделяется среди прочих бронз высокой износостойкостью и стойкостью к коррозионной усталости. Наряду с другими бронзами БрБ2 обладает хорошими антифрикционными и пружинящими свойствами, а также средними тепло и электропроводностью.

Кроме того можно улучшить механические качества этого сплава, если подвергнуть его процедурам закалки и старения.

Свойства БрБ2

Рассмотрим свойства бериллиевой бронзы марки БрБ2 — химические, технологические, механические, физические

Химсостав сплава БрБ2 по ГОСТ 18175 — 78

Fe Si Ni Al Cu Pb Be Примесей
до   0.15 до   0.15 0.2 — 0.5 до   0.15 96.9 — 98 до   0.005 1.8 — 2.1 всего 0.5

Примечание: Cu — основа; процентное содержание Cu дано приблизительно                                                            

Литейно-технологические свойства бронзы БрБ2

 Температура плавления БрБ2 955  °C
Температура горячей обработки БрБ2: 750 — 800  °C
Температура отжига БрБ2: 530 — 650  °C
Механические свойства БрБ2

Сортамент Предел кратковременной прочности sв Предел пропорциональности (предел текучести дляостаточной деформации) sT Относительное удлинение при разрыве d5
МПа МПа %
Проволока мягк., ГОСТ15834 — 77 343-686 15-60
Проволока тверд.,ГОСТ 15834 — 77 735-1372
Полоса мягк., ГОСТ1789-70 390-590 20-30
Полоса твердая, ГОСТ1789-70 590-930 2.5
Сплав мягкий , ГОСТ1789-70 400-600 196-344 40-50
Сплав твердый, ГОСТ1789-70 600-950 588-930 2-4

Твердость прутков из БрБ2 прописана в ГОСТ 15835-2013 (взамен ГОСТ 15835-70)

Твердость БрБ2

Твердость БрБ2, Пруток мягкий ГОСТ 15835-2013 HB 10 -1= 100 — 150 МПа
Твердость БрБ2, Пруток твердый ГОСТ 15835-2013 HB 10 -1= 150 МПа

HB — Твердость по Бринеллю бериллиевой бронзы

Физические свойства БрБ2 (бронзы бериллиевой)

Температура T Модуль упругости первого рода E 10-5 Коэффициент температурного (линейного) расширения a10 6 Теплоемкость l Плотность Удельная теплоемкость C Удельное электросопротивление R 109
Град МПа 1/Град Вт/(м·град) кг/м3 Дж/(кг·град) Ом·м
20 1.31 84 8200 70
100 16.6 419

    

Аналоги БрБ2

США Германия Япония
DIN,WNr JIS

Применение бериллиевой бронзы БрБ2

Прутки из бронзы БрБ2 применяются в приборостроении и автомобилестроении. Ленты БрБ2 также применяются в приборостроении и производстве упругих и пружинящих деталей. Аналогичное применение нашла проволока в машиностроении и приборостроении.

 Бронза БрБ2 используется в различных областях производства. Из неё изготавливают антифрикционные детали и пружинящие детали: пружинящие детали и пружины. Из неё изготавливают детали ответственного назначения.

Также из неё изготавливают неискрящие инструменты.

Технологические характеристики позволяют изготавливать из бериллиевых бронз сложные отливки высокого качества, но обычно детали из них производят из заготовок, подвергнутых предварительной пластической деформации (листы и полосы, проволока, ленты и др). Широкое применение сплавов бериллиевой группы обусловлено еще и тем, что они хорошо поддаются различным видам обработки, а для соединения деталей из них можно использовать все известные способы (сварка и пайка).

Пайка и сварка БрБ2

Пайку бериллиевых бронз следует выполнять сразу же, как была выполнена тщательная механическая зачистка соединяемых элементов.

В качестве припоя при выполнении такой технологической операции используются сплавы на основе серебра, а в защитном флюсе, использование которого необходимо, должны в обязательном порядке содержаться фтористые соли.

Высокое качество пайки деталей из данных сплавов обеспечивает технология, предполагающая выполнение соединения в вакууме и использование слоя защитного флюса.

Детали из бериллиевых бронз не соединяют при помощи электродуговой сварки, для этого успешно используют другие технологии: точечную, шовную, роликовую и сварку в среде инертных газов.

Читайте также:  Нержавеющие стали: свойства, характеристики, состав, виды

Такое ограничение в применении электродуговой сварки обусловлено тем, что сплавы данной группы обладают большим температурным интервалом кристаллизации.

Кроме этого, сварку бронз бериллиевой группы нельзя выполнять после термической обработки, что обусловлено их особыми механическими свойствами.

Износостойкость и коррозионной устойчивость бронзы БрБ2

Детали из бериллиевой бронзы не истираются и в то же время бережно воздействуют на сопрягаемые механизмы, хорошо сопрягаются с друг другом, полируются и идеальным образом взаимодействуют в механизмах при заданных параметрах.

 Но даже если условия эксплуатации нарушены, детали из БрБ2 способны выдерживать большие нагрузки трения и других механических воздействий.

 При работе механизмов в ходе изнашивания БрБ2 не откалывается большими кусками, а истирается постепенно, давая очень мелкую стружку.

Коррозионная усталость – это один из показателей коррозионной стойкости металлов. Когда детали работают под воздействием большой массы, циклических динамических нагрузок в коррозионной среде, велика вероятность выхода из строя конструкций, в которых они используются.

Сплав БрБ2 хорошо проявляет себя в различных коррозионных средах и может быть использован для изготовления ответственных деталей, так как коррозия проявляется достаточно медленно и не оказывает значительного воздействия на механические и физические свойства деталей из этого материала долгое время.

 Однако, под действием влажных паров аммиака и воздуха бериллиевые бронзы склонны к межкристаллизационной коррозии и растрескиванию. В газовой среде, насыщенной галогенами (фтором, бромом, хлором и йодом), на их поверхности образуются галогениды бериллия, из-за чего происходят уменьшение его концентрации в сплаве.

Особенно активно процесс взаимодействия с галогенами происходит при повышенных температурах. В связи с этим, бериллиевую бронзу БрБ2 не рекомендуют использовать для изготовления деталей, эксплуатируемых в указанных газах.

Облагораживание и закалка БрБ2

Путём облагораживания изделия из БрБ2 получаются более твёрдыми и более пластичными. Соответственно выпускаются полуфабрикаты в мягком (М) и твёрдом (Т) состоянии. В ходе процедуры закалки металл нагревают до некоторой температуры, после чего остужают в воде.

В результате пластичные свойства металла повышаются и его применяют для изготовления деталей путём прокатки, ковки, вытяжки и гибки в холодном состоянии. Также выпускаются полуфабрикаты из БрБ2 с закалкой и холодной деформацией.

БрБ2 закаливают при температуре 750-790 °C, после чего сплав отпускают при температуре в пределах 300-350 °C. После холодной деформации механические качества твёрдости, прочности и текучести улучшаются. БрБ2 Т выделяется среди прочих бронз самым высоким показателем прочности на растяжение.

 Медно-бериллиевый сплав БрБ2, подвергаемый термическому закаливанию, становится более прочным, упругим и пластичным. Первоначально его приводят в мягкое состояние, нагревая до 760-780°С, а затем подвергают старению в воде при температуре 310-330°С в течение 3 часов.

При нагревании и последующем охлаждении сплава до комнатной температуры бериллий растворяется в меди с образованием насыщенного твердого раствора. Последующая закалка приводит к его осаждению, в результате чего бронза БрБ2 приобретает высокую твердость до 350 — 400 НВ.

Источник: http://poliasmet.ru/svoystva-bronzyi/bronza-brb2.html

Бериллиевая бронза — уникальный сплав

Сплав, состоящий из меди и бериллия и подвергнутый термической обработке называют бериллиевой бронзой, обладающей уникальными свойствами, и нашедшей применение в современном смартфоне и телефоне.

Базовые параметры

БрБ2 — это самая широко распространённый тип бериллиевой бронзы. В состав этого материала входит бериллий, который обеспечивает ему высокую твёрдость — до 400 единиц по Бринелю. Но, необходимо отметить, что такая высокая твёрдость присуща сплаву, который прошёл через искусственное старение при температуре 300 — 350 градусов цельсия.

Бериллиевая бронза обладает высокой прочностью, стойкостью к воздействию различных химических веществ. Кроме этого, сплав отличается хорошей свариваемостью.

Набор этих свойств позволяет применять бериллиевую бронзу в различных отраслях, например, в электротехнической, из него производят элементы контактных групп, пружины, различного типа мембраны.

К сожалению, бериллий стоит достаточно дорого и это мешает массовому применению этого материла.

Массовый объем бериллия в таком сплаве лежит в диапазоне от 1,5 до 3 %, остальное занимает медь. Вместе с тем существуют сплавы, в состав которых входят кобальт или никель. Первую называют медно — кобальтовой, она носит название МКБ. Вторую называют медно — никелевой и обозначают МНБ. В этих марках объем бериллия не превышает 0,8%. МКБ и МНБ относят к низколегированным составам.

Между тем существует такая марка, как БрВ2,5. В ней массовая доля легирующих добавок составляет 2,5% и это позволяет отнести ее к высоколегированным.

Существуют и импортные материалы, имеющие следующую маркировку:

  • CuСо2Be, alloy 10, С17500;
  • CuNi2Be, alloy 11, С17510.

Бериллиевые бронзы имеют следующее свойство — при нагревании до определенных температур, легирующие добавки, входящие в их состав, начинают растворяться. То есть при термической обработке (закалке), концентрация легирующих компонентов растет.

В итоге происходит образование так называемого пресыщенного раствора, который, кстати, обладает низкой устойчивостью. Все дело в том, что он (раствор) может сохранять базовые свойства, возникшие во время его появления.

Если изменяются какие-либо параметры, например, температура, то раствор начинает распадаться на составные части. Более того, при нагреве, в соответствии с законами термодинамики, процесс разложения ускоряется.

При разложении раствора образуются элементы разного размера и именно от их наличия зависит упрочняющий эффект, достигаемый в процессе закалки. Это называется дисперсионным упрочнением.

Важно — соблюдение всех технологических норм позволяет значительно повысить предельные параметры текучести бериллиевой бронзы.

Ключевой параметр термообработки — это температура. При обработке медно — бериллиевого сплава она лежит в пределах 775 ºC. Такая обработка приводит к росту временного сопротивления от 450 до 1400 МПа. Кроме того детали получают дополнительную пластичность.

Технологические свойства бериллиевой бронзы

К отличительным параметрам бериллиевой бронзы необходимо отнести теплостойкость. Свойства материалов этой группы не изменяются при нагреве вплоть до 340 ºC, а по достижении 500 ºC медно — бериллиевые сплавы показывают характеристики, такие же, как у алюминия или олова и их сплавов, работающих их в нормальных условиях.

Совокупность параметров медно — бериллиевого сплава допускает их использовать для изготовления высокоточных отливок. Кроме этого из бронзы производят листы, полосы, ленты (ГОСТ 1789-70), пруток (ГОСТ 15835-70), проволоку (ГОСТ 15834-77).

Надо отметить что этот материал легко поддается всем видам механической обработки, сварки и пайки. Но, выбирая бериллиевую бронзу в качестве материала для производства деталей и узлов, технолог должен помнить, что существует ряд ограничений, в частности на сварочные операции.

Перед этими операциями необходимо выполнить зачистку кромок обрабатываемых деталей. Для пайки необходимо применять припой, в состав которого входит серебро. Место пайки, должно быть, защищено флюсом, содержащим в себе фтористые соли.

Максимальное качество пайки может быть достигнуто при выполнении ее в вакууме.

Практика применения

Чаще всего детали, выполненные их бериллиевых сплавов, применяют в электронной и электротехнических отраслях. Из них изготавливают следующие узлы и детали, применяемые:

  • в аппаратуре для коммуникационных линий, оптико — волоконных коммуникациях;
  • соединительных компонентах, контактных группах, пружинных контактах;
  • разъёмах, компонентах микросхем.

В носимом мобильном устройстве связи и персональных компьютерах можно найти компоненты, выполненные из бериллиевых бронз.

Не обошлась без деталей из этого материала и нефтедобывающая промышленность. Из них получают такие детали и узлы:

  • трубы;
  • резьбовые компоненты;
  • инструмент;
  • детали насосов и оборудования, предназначенного для бурения породы.

Химический состав этого материала обеспечивает высокую упругость. То есть, при ударах по изготовленным из этой бронзы деталям не возникают искры, а это очень важно для опасных производств, например, при добыче и транспортировке углеводородов.

Параметры бериллиевых сплавов допускают их использование в авиационной промышленности. Например, в конструкции шасси самолётов и вертолётов, навигационных системах и других комплексах.

Низколегированные сплавы нашли свое место и в сварочном деле. Из них производят электроды, применяемые в аппаратах контактной сварки.

Эта бронза широко применяется в литейном деле. В частности, из этого материала производят отдельные узлы для литьевых машин, стены камер, в которых осуществляется кристаллизация, литейные формы.

Развитие электротехнической промышленности, в том числе приборостроительной отрасли постоянно требует появление новых материалов. Это вызвано ужесточением требований к качеству продукции, ее надежности и длительность эксплуатации. До недавних пор бериллиевая бронза вполне удовлетворяла предъявляемым потребителями требованиям.

Промышленность освоила выпуск трех типов этих сплавов, но наращивание объемов их производства затруднено тем, что бериллий — это достаточно дефицитный материал и вследствии этого он обладает высокой ценой. Все это стало основанием для масштабных исследований в части поисков новых сплавов.

В результате на свет появился материал под названием сплав 131. Из его состава исключен марганец, вместо него введен кремний и снижено содержание никеля.

Такая замена привела к тому, что произошло кардинальное снижение электросопротивления, при сохранении параметров прочности и временного сопротивления разрыву.

Немного слов в заключение

Из всего вышесказанного можно сделать следующее заключение — на бронзы этого класса практически не оказывает влияние время и коррозия. Более того, с течением времени, бронза не теряет своих механических и других свойств. Уникальные параметры этого материала обеспечивают тепло — и электропроводность не уступающую, чистой меди.

Все это позволяет применять в технически сложных конструкция и можно сказать, что многие товаропроизводители применяют этот материал для повышения качества своей продукции.

Источник: https://prompriem.ru/stati/berillievaya-bronza.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector