Берилієва бронза - це сплав, який активно використовується у виробництві деталей різного призначення і не тільки. Його широке застосування обумовлене унікальними властивостями. Отже, що ж являє собою цей сплав, які у нього особливості?
Властивості бронзи
Перед тим як перейти до обговорення основної теми, хотілося б звернути увагу на характеристики і склад бронзи. Берилієвий сплав все-таки відрізняється за властивостями. Чим є "початковий" варіант?
Бронза - це сплав міді, яка являє собою пластичний перехідний метал рожевато-золотистого кольору. Зустрічається в самородному вигляді частіше срібла, золота і заліза.
Традиційно бронзою називаються сплави з додаванням олова. Також є варіанти з кремнієм, свинцем, алюмінієм та іншими елементами. Є тільки два винятки. Мідь з цинком - це латунь. З нікелем - мельхіор.
Залежно від наявності додаткового металу і домішок, розрізняють марки бронзи. Берилієва - найміцніша. Але про це - детальніше.
Хімічний склад
Отже, берилієва бронза - це дисперсійно зміцнюваний сплав. Його особливість полягає в температурній залежності розчинності легуючих компонентів. У процесі загартування в твердому розчині виділяється надлишкова кількість їх атомів (носіїв властивостей речовини).
У результаті виходить пересичений твердий розчин. Він є термодинамічно нестійким, прагне до розпаду, і чим вище температура - тим сильніше. А ефект зміцнення визначає дисперсність виділень, які утворилися при розпаді.
Зі сплавів системи Cu-Be найчастіше застосовують берилієву бронзу БрБ2 (марка). У ній міститься близько 2% даної речовини. Ще використовуються сплави МНБ. У них міститься ще й нікель, а відсоток берилію дорівнює 0.8%. Третій тип сплавів - МКБ. У них замість нікелю присутній кобальт. Берилій міститься в тій же кількості. Перший сплав з перерахованих називають високолегованим. Другий і третій - низьколегованими.
Всі вони в загартованому стані мають відмінну пластичність і технологічність, високі механічні властивості в зістареному стані. Нерідко їх якості покращують за допомогою пластичної деформації.
Коли матеріал доречний?
Іноді без застосування берилієвої бронзи не обійтися. Використання даного матеріалу є високоефективним, якщо потрібно домогтися:
- Відсутність у кінцевого виробу ферромагнітних властивостей і здатності до утворення іскор при ударах.
- Високої електропровідності.
- Підвищених упругих і міцнісних властивостей.
- Високої теплопровідності.
- Стійкості до корозії.
Всі перераховані характеристики стають ще кращими, якщо сплав в кінці піддають загартуванню або термічній обробці іншого виду. Тому ж штучному старінню, наприклад.
А найефективніший метод, використовуваний для досягнення пластичності сплаву, - це загартування, здійснюване при температурі в 775 ° C.
Використання у приладобудуванні
Воно є найбільш поширеним. Берилієва бронза застосовується при виробництві електронних, а також електричних деталей. Насамперед це пружинні контакти, сполучники, перемикачі.
Також без неї не обходиться виробництво оптиковолоконного телекомунікаційного обладнання. До даної категорії відносяться:
- Оптичні передавачі.
- Передбачувачі.
- Мікросхеми синхронізації та відновлення даних.
- Блоки перетворення послідовного коду на паралельний.
- Кабелі.
- Паралельно-послідовні перетворювачі.
- Лазерні формувальники.
Також берилієву бронзу використовують для виробництва гніздових роз 'ємів для з' єднання інтегральних систем з друкованою платою.
І, оскільки з розвитком технологій ускладнюється комп 'ютерна і мобільна техніка, електронні деталі всі мініатюризуються. Попит на бронзо-берилієві сплави підвищується, оскільки саме вони є ідеальним матеріалом для виготовлення дрібних, легенів і надійних деталей. У багатьох сучасних смартфонах, комунікаторах, ноутбуках і планшетах вони вже використовуються.
А комп 'ютерні сполучники, перемикачі, пружини та інші деталі вже давно з них виготовляють. Оціночно в 1999 році в кожному ПК містилося як мінімум 2 грами берилію в складі бронз.
Автовидумисність
Ще одна сфера, в якій завдяки своїм властивостям берилієва бронза часто застосовна. Зокрема, багато електронних деталей моторних відсіків роблять саме з неї. А ще з даного матеріалу виготовляють електронні схеми систем безпеки багатьох автомобілів.
Оскільки ступінь комп 'ютеризації і виробництво машин з кожним роком лише зростають, то і сплавів потрібно більше.
Варто відзначити, 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, олово, фосфор, хром і алюміній.
Нафтогазова галузь
І тут задіяна берилієва бронза. Характеристики цього сплаву дозволяють використовувати його у виробництві обладнання, призначеного для буріння і нафтовидобутку. З нього роблять:
- Ковзні опори нафтових насосів.
- Різьбові сполуки колон бурильних труб.
- Безіскрові допоміжні інструменти.
- Труби.
- Деталі насосів.
- Опори бурових долот.
Особливо цінується цей матеріал за високу пружність. Якщо вдарити по виготовлених з нього деталях, 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 зі складної суміші вуглеводнів та інших хімічних сполук.
Авіабудування
Напевно всім знайомі такі літаки, як Boeing 787 і Airbus A380. У виробництві їх корпусів був використаний берилієвий сплав.
Справа в тому, що це - ідеальний матеріал для цих цілей. У нього набагато більш висока твердість, міцність, зносостійкість і несуча здатність, ніж у будь-якого іншого сплаву. Він утворює на поверхні корпусу стійкий, але тонкий шар окису, яка чинить дію самовідновлюваної мастили.
Також з цього сплаву зроблені втулки, що відчувають 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, що враховуються в аерокосмічній будові в першу чергу. Сплави повинні витримувати екстремальні температури.
До речі, ще один плюс матеріалу - це його хороша плинність у розплавленому стані. Ця властивість робить її зручною для складних відливок. Корпуси трубок Піто, наприклад, включають в себе вкрай тонкі литі конструкції. І їх можна відлити лише з добре плинного матеріалу. І напрямні лопаті вертолітних турбін, до речі, теж виготовляють з цих сплавів.
Контактні зварювання
Це процес, в ході якого утворюється нерозйомне зварне з 'єднання за допомогою нагріву металу струмом, що проходить через нього, з подальшою пластичною деформацією цієї зони під дією стискаючого зусилля. Тобто теж технічна сфера. Тут застосування знаходять виконані з берилієвого сплаву:
- Електроди. Провідники струму.
- Електродержителі. Частина електрозварювального апарату, в яку вставляється електрод.
Термін їхньої служби значно вищий, ніж у тих компонентів, які виготовляють з інших сплавів (хромових бронз, якщо бути точнішими). Спектр застосування широкий. Ось, що зварюють з використанням компонентів з берилієвої бронзи: дріт, будівельну арматуру, листову вуглецеву сталь, нікель-хром-кремнієві сплави, рейки для магістральних залізничних шляхів тощо.
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 знакоперемінних навантажень і високої температури розстрочення. А значить, не тільки електроди доводиться рідше змінювати - точність і міцність сполук збільшується в кілька разів.
Лиття сплавів і металів
Це наступна сфера застосування берилієвої бронзи. За ГОСТом, її дозволено використовувати в плунжерах (поршнях) обладнання для лиття під тиском. У тому числі алюмінію, в 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. Тож 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 зберігатиме свою початкову твердість і відповідний зовнішній вигляд.
- Легко піддається "вдосконаленню". Тимчасовий опір дорівнює 450 Мпа, але його можна збільшити на 40%, лише піддавши деформуванню, про яке йшлося 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 'яним сплавам.
До речі, щоб зробити берилієвий матеріал ще міцнішим, іноді в нього додають бір, магній, титан, нікель, кобальт або рідкоземельні метали. У певних випадках такі домішки допустимі і виправдані.