Берилієва бронза – це сплав, який активно використовується у виробництві деталей різного призначення і не тільки. Його широке застосування обумовлено унікальними властивостями. Отже, що ж являє собою цей сплав, які його особливості?
Властивості бронзи
Перед тим як перейти до обговорення основної теми, хотілося б звернути увагу на характеристики та склад бронзи. Берилієвий сплав все-таки відрізняється за властивостями. Чим є «початковий» варіант?
Бронза – це сплав міді, яка являє собою пластичний перехідний метал рожево-золотистого кольору. Зустрічається в самородному вигляді частіше срібла, золота, заліза.
Традиційно бронзою називаються сплави з додаванням олова. Також є варіанти з кремнієм, свинцем, алюмінієм і іншими елементами. Є тільки два винятки. Мідь з цинком – це латунь. З нікелем – мельхіор.
В залежності від наявності додаткового металу і домішок, розрізняють марки бронзи. Берилієва – найміцніша. Але про це – детальніше.
Хімічний склад
Отже, берилієва бронза – це дисперсійно упрочняемый сплав. Його особливість полягає в температурної залежності розчинності легуючих компонентів. У процесі загартування в твердому розчині виділяється надмірна кількість їх атомів (носіїв властивостей речовини).
У результаті виходить пересичений твердий розчин. Він є термодинамічно нестійкою, прагне до розпаду, і чим вище температура, тим сильніше. А ефект зміцнення визначає дисперсність виділень, які утворилися при розпаді.
Із сплавів системи Cu-Be найчастіше застосовують бериллиевую бронзу БрБ2 (марка). У ній міститься близько 2% цієї речовини. Ще використовуються сплави МНБ. В них міститься ще і нікель, а відсоток берилію дорівнює 0.8%. Третій тип сплавів – МКБ. В них замість нікелю присутній кобальт. Берилій міститься в тій же кількості. Перший сплав з перерахованих називають высоколегированным. Другий і третій – низьколегованими.
Всі вони в загартованому стані мають відмінну пластичність і технологічність, високі механічні властивості в зістареному стані. Нерідко їх якості покращують допомогою пластичної деформації.
Коли матеріал доречний?
Іноді без застосування берилієвої бронзи не обійтися. Використання даного матеріалу є високоефективним, якщо потрібно домогтися:
- Відсутності у кінцевого виробу феромагнітних властивостей і здатності до утворення іскор при ударах.
- Високої електропровідності.
- Підвищених пружних і міцнісних властивостей.
- Високої теплопровідності.
- Стійкості до корозії.
Всі перераховані характеристики стають ще краще, якщо сплав наприкінці піддають загартуванню або термічній обробці іншого виду. Того ж штучному старінню, наприклад.
А найефективніший метод, використовуваний для досягнення пластичності сплаву, – це загартування, яка здійснюється при температурі в 775 °C.
Використання в приладобудуванні
Воно є найбільш поширеним. Берилієва бронза застосовується при виробництві електронних, а також електричних деталей. В першу чергу це пружинні контакти, з’єднувачі, перемикачі.
Також без неї не обходиться виробництво оптиковолоконного телекомунікаційного обладнання. До даної категорії відносяться:
- Оптичні передавачі.
- Передпідсилювачі.
- Мікросхеми синхронізації і відновлення даних.
- Блоки перетворення послідовного коду в паралельний.
- Кабелі.
- Паралельно-послідовні перетворювачі.
- Лазерні формувачі.
Також бериллиевую бронзу використовують для виробництва гніздових роз’ємів для з’єднання інтегральних систем з друкованою платою.
І, оскільки з розвитком технологій ускладнюється комп’ютерна та мобільна техніка, електронні деталі все миниатюризируются. Попит на бронзо-берилієві сплави підвищується, оскільки саме вони є ідеальним матеріалом для виготовлення дрібних, легких і надійних деталей. У багатьох сучасних смартфонах, комунікаторах, ноутбуках і планшетах вони вже використовуються.
А комп’ютерні з’єднувачі, перемикачі, пружини та інші деталі вже давно з них виготовляють. Оціночно в 1999 році в кожному ПК містилося як мінімум 2 грами берилію у складі бронз.
Автопромисловість
Ще одна сфера, в якій завдяки своїм властивостям берилієва бронза часто застосовується. Зокрема, багато електронні деталі моторних відсіків роблять саме з неї. А ще з цього матеріалу виготовляють електронні схеми систем безпеки багатьох автомобілів.
Оскільки ступінь комп’ютеризації та виробництво машин з кожним роком лише зростають, то і сплавів потрібно більше.
Варто зазначити, що на частку автопромисловості припадає близько 12% світового споживання даного матеріалу. З нього роблять підшипники, втулки, деталі вузлів, комплектуючі. Не дивно, адже його міцність значно перевершує показники латуні і сплавів, в які додають кремній, свинець, фосфор, хром і алюміній.
Нафтогазова галузь
І тут задіяна берилієва бронза. Характеристики даного сплаву дозволяють використовувати його у виробництві обладнання, призначеного для буріння і нафтовидобутку. З нього роблять:
- Ковзні опори нафтових насосів.
- Різьбові з’єднання колон бурильних труб.
- Безискровые допоміжні інструменти.
- Труби.
- Деталі насосів.
- Опори бурових доліт.
Особливо цінується цей матеріал за високу пружність. Якщо вдарити по виготовленим з нього деталей, то іскра не виникне. Це дуже важливо на таких небезпечних виробництвах, особливо при видобутку і подальшому транспортуванні вуглеводнів. А чим є нафта? Викопним паливом, горючою рідиною, що складається з складної суміші вуглеводнів і інших хімічних сполук.
Авіабудування
Напевно всім знайомі такі літаки, як Boeing 787 і Airbus A380. У виробництві корпусів був використаний берилієвий сплав.
Справа в тому, що це – ідеальний матеріал для даних цілей. У нього набагато більше висока твердість, міцність, зносостійкість і несуча здатність, ніж у будь-якого іншого сплаву. Він утворює на поверхні корпусу стійкий, але тонкий шар окису, яка надає дію самовосстанавливающейся мастила.
Також з цього сплаву зроблені втулки, мають повторюваний контакт з поверхнею. Вона повинна постійно залишатися гладкою, а значить і матеріал потрібен такий, який не зношується. Логічно, чому застосовують берилієвий сплав.
Плюс до всього, у нього відмінні теплові властивості – термічна стабільність і низький коефіцієнт теплового розширення. Це найважливіші якості, учитываемы в аерокосмічному будові в першу чергу. Сплави повинні витримувати екстремальні температури.
До речі, ще один плюс матеріалу – це його хороша текучість у розплавленому стані. Дана властивість робить його зручним для складних виливків. Корпусу трубок Піто, наприклад, включають в себе вкрай тонкі литі конструкції. І їх можна відлити лише з добре текучого матеріалу. І напрямні лопаті вертолітних турбін, до речі, теж виготовляють з цих сплавів.
Контактна зварювання
Це процес, у ході якого утворюється нероз’ємне зварне з’єднання за допомогою нагрівання металу струмом, що проходить через нього, з подальшої пластичної деформацією цієї зони під дією стискального зусилля. Тобто теж технічна сфера. Тут застосування знаходять виконані з берилієвого сплаву:
- Електроди. Провідники струму.
- Електродотримачі. Частина електрозварювального апарату, в яку вставляється електрод.
Термін їх служби значно вище, ніж у тих компонентів, які виготовляють з інших сплавів (хромових бронз, якщо бути точніше). Широкий Спектр застосування. Ось, що зварюють з використанням компонентів з берилієвої бронзи: дріт, будівельну арматуру, листову вуглецеву сталь, нікель-хром-кремнієві сплави, рейки для магістральних залізничних шляхів і т. д.
Це дійсно зносостійкий матеріал. Компоненти, зроблені з нього, можуть працювати з великими зусиллями притискання електродів, потужним струмом і високим темпом. Вони витримують велику кількість зварок, оскільки у них підвищений модуль пружності, стійкість до знакозмінних навантажень і високій температурі знеміцнення. А значить, не тільки електроди доводиться рідше міняти – точність і міцність з’єднань збільшується в кілька разів.
Лиття сплавів і металів
Це наступна сфера застосування берилієвої бронзи. По ГОСТу, її дозволено використовувати в плунжерах (поршнях) обладнання для лиття під тиском. У тому числі алюмінію, кокилях (багаторазові форми), в стінках кристалізаторів і в установках безперервної розливки.
Які переваги обговорюваного матеріалу тут? Збільшений термін служби, а ще відсутність необхідності наносити на стінки і ливарні форми дороге захисне покриття.
Унікальні властивості
У наш час існує безліч різних металів і сплавів. Так що на закінчення хотілося б сказати про те, чому мідний матеріал з додаванням берилію цінується в перерахованих областях найбільше. Отже, цей сплав:
- Дійсно пружний. Він буквально «пружинить».
- Дуже довговічний. Десятиліттями буде зберігати свою початкову твердість і відповідний зовнішній вигляд.
- Легко піддається «вдосконалення». Тимчасовий опір дорівнює 450 Мпа, але його можна збільшити на 40%, лише піддавши деформуванню, про яке говорилося раніше. Але взагалі його реально довести і до 1400 Мпа.
- Своїх властивостей не змінює, навіть якщо розігріти його до 340 °с. Якщо збільшити температуру до 500 °С, то його якості стануть схожі з тими, які властиві алюмінієвим, фосфорним, олов’яних сплавів.
До речі, щоб зробити берилієвий матеріал ще міцніше, іноді в нього додають бор, магній, титан, нікель, кобальт або рідкоземельні метали. В певних випадках такі домішки припустимі і виправдані.
