Что такое бериллиевая медь?

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.

Плюсы и минусы

Рассматриваемый сплав популярен уже очень много лет. С годами его актуальность не снижается, что обусловлено множеством преимуществ, которые ему присущи. Рассмотрим основные положительные характеристики бронзы, делающие ее востребованной.

1. Данный металл может похвастаться богатым многообразием. Существует много разных типов бронзы, например, оловянная, серебряная, алюминиевая и многие другие разновидности, имеющие свои формулы и особенности. Такие материалы оказываются полезными в разных областях, они содержат различные элементы, оказывающие влияние на физические свойства и особенности эксплуатации металла.
2. Существующие бронзовые сплавы подразделяются на литьевые и деформируемые подвиды. То есть для решения «своих» определенных задач есть возможность получить металл, который будет легко поддаваться холодной ковке – процесс деформирования при нормальных температурных значениях. Также удастся получить сплав, который возможно отливать.
3. Весомым преимуществом является то, что качественные отливки из рассматриваемого сплава демонстрируют самую незначительную усадку – всего 0,5-1,5%. Данное свойство обуславливает широкое распространение и востребованность материала не только среди профессиональных скульпторов, но и в сфере изготовления специальных промышленных станков и приборов.
4. Бронза относится к материалам, которые можно использовать несколько раз. Сплав абсолютно спокойно переносит дальнейшие переплавки, если в них появляется необходимость. Данная процедура не вредит материалу, не оказывает негативного воздействия на его свойства.
5. Один из самых важных плюсов бронзы заключается в том, что она является безопасной и экологичной. Если по ходу производства подобного сплава были задействованы потенциально опасные компоненты, например, бериллий, то готовый продукт от этого все равно не будет токсичным. На сегодняшний день далеко не каждый материал может похвастаться такими важными качествами.
6. Бронзовый сплав обладает высокой коррозийной стойкостью. На него не может негативно повлиять ни городской загазованный воздух, ни морская вода. Под действием подобных внешних факторов материал не портится, не теряет былой привлекательности. Большинство кислот бронза совершенно «не боится» и не подвергается их отрицательному воздействию. Именно поэтому данный материал часто используется для производства специальной кислотоупорной аппаратуры.
7. Бронза отличается еще одним любопытным качеством – она является упругой. Сплав во многих случаях применяют для изготовления различных высокоточных пружинных деталей, которые рассчитаны на длительный срок службы.

Несмотря на внушительный список преимуществ, бронзовый сплав все же не лишен определенных недостатков. Главным из них можно назвать стоимость практичного материала. Медь, а тем более олово – это материалы, которые используют во многих ситуациях, но в получении они оказываются дорогостоящими.

К минусам бронзового сплава можно отнести и не самые высокие показатели его теплопроводности. Однако названная отличительная черта тоже смогла найти свое применение – например, в производстве различных аксессуаров для ванных комнат.

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.

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.

Новости

Бериллиевые бронзы относятся к классу так называемых дисперсионно упрочняемых сплавов, характерной особенностью которых является зависимость растворимости легирующих компонентов от температуры. При закалке из однофазной области в твердом растворе фиксируется избыточное количество атомов легирующего компонента по сравнению с равновесным состоянием для данной системы. Образовавшийся пересыщенный твердый раствор термодинамически неустойчив и стремится к распаду, процесс активизируется с повышением температуры. Эффект упрочнения определяется дисперсностью выделений образовавшихся при распаде.

Наиболее применяемыми сплавами системы Cu-Be являются сплав БрБ2 (CuBe2, alloy 25, C 17200 по зарубежным спецификациям) содержащий около 2 % бериллия, а также сплавы МНБ (медь-никель-бериллий или CuNi2Be, alloy 11, С17510 по зарубежным спецификациям) и МКБ (медь-кобальт-бериллий или CuСо2Be, alloy 10, С17500 по зарубежным спецификациям),содержащие до 0,8 % бериллия. Сплав БрБ2 также называют высоколегированной бериллиевой бронзой, а сплавы МНБ и МКБ – низколегированной бериллиевой бронзой.

Перечисленные сплавы в закаленном состоянии обладают хорошей пластичностью и технологичностью, а также высокими механическими свойствами в термообработанном (состаренном) состоянии. Дополнительного повышения уровня механических свойств можно добиться пластической деформацией перед старением (НТМО).

Перечисленные особенности лежат в основе применения бериллиевых бронз в промышленности. Полуфабрикат из бериллиевой бронзы в закаленном или закаленном и деформированном состоянии методами штамповки можно превратить в изделие самой сложной формы: подшипниковую опору, пружинный контакт, разъем, мембрану и, проведя старение, резко повысить прочность и пружинные свойства этого изделия, сохранив его форму.

Области применения бериллиевых бронз

Использование бериллиевых бронз высокоэффективно в тех случаях когда требуется:

• высокая электропроводность;
• высокая теплопроводность;
• высокие прочностные и упругие свойства;
• высокая коррозионная стойкость;
• отсутствие у материала способности к искрообразованию при ударах и ферро-магнитных свойств;

Приборостроение. Электроника. Средства связи и коммуникации

Самой большой областью применения медно-бериллиевых сплавов является их использование в электрических и электронных деталях, в первую очередь в пружинных контактах, переключателях, соединителях, а также в оптико-волоконном телекоммуникационном оборудовании, гнездовых разъемах для соединения интегральных схем с печатной платой. Продолжающееся усложнение компьютерной техники и мобильных устройств является важнейшим фактором, ведущим к миниатюризации электронных деталей. Это приводит к повышению спроса на медно-бериллиевые сплавы, т.е. для этих деталей требуется более мелкие, более легкие и более надежные соединители. Коммуникаторы, смардфоны, мобильные телефоны, планшетники, ноутбуки и другие современные мобильные устройства содержат в себе многие ответственные детали из бериллиевой бронзы.

Автомобильная промышленность.

Электронные детали, содержащие медно-бериллиевые сплавы. применяются в компонентах двигательного отсека, электронных схемах системы безопасности автомобиля.

Производство и степень компьютеризации автомобилей растет. Это приводит к увеличению использования бериллиевых бронз в автомобилестроении.

Бурильное оборудование и оборудование нефтедобычи

Здесь используется такие свойства бериллиевых бронз как высокая прочность и антифрикционность, коррозионная стойкость, способность не образовывать искру. Из сплава БрБ2 изготовляют скользящие опоры нефтяных насосов опоры буровых долот, трубы, резьбовые соединения колонны бурильных труб, безискровой вспомогательный инструмент.

Контактная сварка

Благодаря высокой прочности, хорошей жаропрочности и электропроводности, широкое применение в контактной сварке находят электроды и электрододержатели из низколегированной бериллиевой бронзы. Срок службы этих электродов значительно превышает соответствующий показатель электродов из бронз БрХ. и БрХЦр. (хромовые бронзы) при точечной сварке строительной арматуры, проволоки, листовой углеродистой стали, БрНХК (никел-хром-кремниевая бронза), сплава МН2,5КоКр при точечной сварке проволоки, арматуры, стыковой сварке листовой стали, сварке рельс для магистральных железнодорожных путей и т.п.

Литьё металлов и сплавов

Бериллиевые бронзы успешно применяются в плунжерах (поршнях) оборудования для литья под давлением, в т.ч. алюминия, кокилях для литья различных металлов и сплавов, в стенках кристаллизаторов литьевых маши и установок непрерывной разливки сталей. Здесь преимущества бериллиевой бронзы состоят в увеличенном сроке службы и в отсутствии необходимости нанесения дорогостоящего защитного покрытия стенок кристаллизаторов и литейных форм.

Авиастроение. Машиностроение

Бериллиевые бронзы в этих отраслях служат для изготовления ответственных деталей устройств и машин, подвергающиеся совместному воздействию высоких переменных нагрузок, и переменных температур. Так, в современных самолетах бериллиевая бронза используется при изготовлении большинства приборов, а также элементов шасси и т.п.

Это далеко не полный перечень областей применения сплавов системы медь-бериллий. По мере развития промышленности, появляются новые сферы их применения, а также разрабатываются новые бериллийсодержащие сплавы.

Виды бронзы и их применение

С развитием металлургии и открытием разных видов металлов, появилось большое количество бронз, но основным металлом в формуле является медь. В зависимости от того, какие компоненты входят в состав, изменяются и свойства материала.

Знание этих особенностей позволяет применять бронзовые сплавы в различных видах промышленности в зависимости от предъявляемых к материалу требований. Бронзу часто выпускают в виде прокатных труб, проволоки и листов. Используется металл в производстве подшипников, втулок, рессор и прочих деталей, подверженных воздействию высокого давления и износа. Высокие антикоррозийные свойства позволяют применять данный материал также в условиях агрессивной внешней среды и при работе с различной химией. Помимо этого, применение бронзы распространено в художественных ковке и литье, из нее делают различные скульптуры, памятники и украшения.

Оловянная

Сплав меди и олова называется оловянным. Эти бронзы применялись в бронзовом веке, дошли до наших дней и являются наиболее применяемыми в промышленности. Из этого вида сплава часто отливались различные колокола, в связи с чем данный материал иногда называется колокольной бронзой.

Оловянистый материал почти не поддается механической обработке, поэтому изделия из него создаются исключительно литьем; имеет высокую твердость и прочность, а также антикоррозийные свойства. Стандартный сплав меди и олова характеризуется количественным соотношением 80:20, но может дополняться некоторыми металлами для изменения свойств:

• Добавление цинка (менее 10%) позволяет повысить антикоррозийную стойкость. Используется для создания деталей, которым нужно часто контактировать с водой и другими окислителями.
• Свинец и фосфор повышают антифрикционные свойства. Кроме того, сплав с добавлением этих металлов проще подвергается обработке.

Иногда наличие олова в изделии недопустимо и его заменяют другими металлами, позволяющими достичь требуемых характеристик, например, свинец, кремний, цинк, бериллий или алюминий. Такая бронза называется безоловянной, или специальной.

Свинцовая

Основной легирующий компонент — свинец, содержание которого может достигать 30%. Материал имеет хорошие антифрикционные свойства и высокую теплопроводность, может выдерживать давление до 30 мПа, поэтому применяется для изготовления подшипников, подвергающихся высокому давлению.

Кремниецинковая

Данный сплав состоит из 97% меди, 1.1% олова, 0.05% кремния и цинка. Является довольно пластичным и текучим, что позволяет применять его как материал в изделиях сложной формы. Имеет хорошее сопротивление при сжатии, обладает антифрикционными свойствами и упругостью. Не искрит при обработке, хорошо сопротивляется низким температурам, зачастую содержит добавки никеля и марганца.

Бериллиевая

Бериллиевый сплав является самым твердым из всех существующих видов бронз. Обладает высокими антикоррозийными свойствами, не искрит при обработке, не магнитится. В процессе закалки приобретает хорошую деформируемость и упругость.

Алюминиевая

Состав бронзы в процентах выглядит как 95% меди и 5% алюминия. Сплав очень хорошо сопротивляется агрессивным средам, жаропрочный, но имеет низкие антикоррозийные свойства и дает сильную усадку.

Сплав меди с цинком называется красной бронзой — латунью, а с никелем — мельхиором. Эти соединения являются отдельными материалами, их малое количество может присутствовать в любом сплаве, но должно быть ниже суммы всех остальных компонентов.

Свойства и применение бериллиевых бронз

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. Если же эти параметры хоть как-то будут изменены, этот раствор тут же разлагается на отдельные составляющие. В соответствии с законами термодинамики, процесс распада ускоряется при нагревании материала, и замедляется при его охлаждении. 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 %).

Применение бронз

Бериллиевые бронзы широко используются в отраслях, требующих наличия у материала ценных свойств, описанных выше. В иных случаях можно обойтись более простыми и дешевыми материалами. Чаще всего бериллиево-медные сплавы применяются при изготовлении электронных компонентов и в электротехнике, например при выпуске:

– телекоммуникационных устройств, компонентов оптико-волоконных систем, компонентов прочих электронных устройств;

– детали соединений, пружинных контактов;

– гнездовых разъемов, деталей интегральных схем;

– деталей двигателей и прочих изделий для транспортной промышленности;

– авиационных компонентов, в том числе компонентов шасси самолетов;

– деталей оборудования, использующегося при переменных нагрузках высокой амплитуды и больших перепадах температуры;

– электродов, стержней и комплектующих оборудования для сварки повышенной надежности и долговечности;

– компонентов нефтеперерабатывающего и нефтедобывающего, в том числе бурового оборудования;

– детали резьбовых соединений, насосного оборудования в нефтепереработке и нефтехимии;

– компонентов оборудования для навигации, прочих ответственных изделий и механизмов.

Комплектующие из бериллиево-медных бронз почти наверняка находятся в каждом современном компьютере или гаджете, в том числе в смартфонах и планшетах.

Рис.2. Бериллиево-бронзовые вставки в прессформе

Также бериллиевые бронзы применяются для изготовления поршней для машин по литью металлических сплавов под давлением, прочих деталей литьевого оборудования. Применение бронзы в этом случае дает возможность избежать дорогостоящей защиты внутренней поверхности оборудования, работающего при высоких термо-механических нагрузках.

Незаменимы медно-бериллиевые сплавы при производстве оборудования для переработки пластмасс, где активно используются комбинация их прочности и теплопроводности, а также прочие ценные свойства. Существуют специальные торговые марки бронз, использующихся специально для изготовления пуансонов высокоточных и высокоскоростных прессформ для литья пластмасс под давлением. Материал CuBe находит применение и в экструзии, и в выдувном формовании, и в термоформовании, главным образом при изготовлении высокопроизводительной формующей оснастки. Его использование удорожает и усложняет оснастку, т.к. часто приходится применять комбинацию материалов вместо использования цельного стального элемента, однако оно окупается за счет повышения производительности получаемой оснастки.

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Вернуться к списку терминов

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.

Бериллиевая бронза

Бериллиевая бронза обладает высокими упругими свойствами, устойчивыми при нагревании до 250 С. Бериллиевая бронза приобретает прочность в результате старения.  

Бериллиевые бронзы относятся к самым совершенным универсальным материалам для упругих члемен-тов.  

Бериллиевая бронза отличается от остальных высокими твердостью и упругостью.  

Бериллиевые бронзы можно упрочнять термической обработкой, так как растворимость бериллия в меди уменьшается от 2 7 до 0 2 % по мере снижения температуры.  

Бериллиевые бронзы ( табл. 28) относятся к сплавам, упрочняемым термической обработкой.  

Бериллиевые бронзы характеризуются чрезвычайно высокими пределами упругости, временным сопротивлением, твердостью и коррозионной стойкостью в сочетании с повышенными сопротивлениями усталости, ползучести и износу.  

Бериллиевые бронзы являются теплостойкими материалами, устойчиво работающими при температурах до 310 – 340 С. При 500 С они имеют приблизительно такое же временное сопротивление, как оловянно-фосфористые и алюминиевые бронзы при комнатной температуре. Бериллиевые бронзы обладают высокой теплопроводностью и электрической проводимостью; при ударах не образуют искр. Они хорошо обрабатываются резанием, свариваются точечной и роликовой сваркой, однако широкий температурный интервал кристаллизации затрудняет их дуговую сварку.  

Бериллиевые бронзы выпускают преимущественно в виде полос, лент, проволоки и других деформированных полуфабрикатов.  

Бериллиевые бронзы используют для изготовления упругих элементов ответственного назначения. Такое сочетание свойств обеспечивает малые неупругие эффекты при больших упругих деформациях. Кроме этого, сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью, электрической проводимостью, немагнитностью, хорошей технологичностью.  

Бериллиевая бронза после указанной пластической деформации поставляется потребителям в так называемом твердом состоянии ( согласно ГОСТ) в виде полос или лент, из которых путем вырубки с последующей небольшой гибкой или вытяжкой и изготовляются упругие элементы разных типов.  

Бериллиевые бронзы обладают малым гистерезисом, упругим последействием и ползучестью.  

Бериллиевые бронзы ( БрБНТ – 1 9, БрБНТ – 1 7, БрБ2) являются одним из лучших сплавов по сочетанию высокого комплекса механических и антикоррозионных свойств, износостойкости, упругости и сопротивлению усталости, Он. Однако применение их должно быть рациональным из-за дефицитности и высокой стоимости. Долговеч -, ность упругих элементов из указанных бронз в 1 5 – 2 раза выше, чем из бронзы БрБ2 и они обладают более стабильными свойствами и меньшим упругим гистерезисом. При замене бронзы БрБ2 бронзами марок БрБНТ обеспечивается экономия 1 – 1 25 кг бериллия на 1 т полос.  

Сферы использования бронзы БрБ2.

Бронза БрБ2 обладает превосходными упругими свойствами, вследствие чего применяется при изготовлении пружин, сильфонов, штампов для пластмасс, мембран и др. элементов. Они сохраняют свои упругие свойства при повышенных температурах и в криогенных условиях, хорошо сопротивляясь коррозии и усталости. Однако из-за своей довольно высокой стоимости бериллиевая бронза используется в изделиях, имеющих особое значение.

Также из бронзы БрБ2, спрессованной или вытянутой в проволоку, делают коллекторные и эмиттерные электроды. Пружинки с малым радиусом закругления получают при нормальной температуре, не опасаясь, что при их изгибе могут возникнуть изломы. Такое свойства бронзового сплава делает более простым, и, соответственно, более дешевым весь технологический процесс их изготовления.

Благодаря тому, что бериллиевая бронза БрБ2 не искрит, из нее изготавливают инструменты для работы на предприятиях, на которых имеется особая взрывоопасная среда и где нельзя использовать оборудование из обычной стали. К ним относятся шахты, рудники, газо- или нефтеперерабатывающие заводы.

Высокая электропроводность и прочность бронзовой меди БрБ2 делают ее незаменимой в электротехнике, в автомобилестроении, в компьютерной технике, где из нее производят контакты реле и переключателей.

Основные характеристики

Характеристики и свойства бронзового сплава зависят от 2-х основных факторов – состава и структуры. Как указывалось выше, химический состав рассматриваемого материала разрабатывается для того, чтобы сплав получил определенные механические свойства и эксплуатационные характеристики. Самыми важными из них можно назвать твердость, прочность и пластичность сплава. Корректировать и перестраивать первые 2 параметра возможно за счет изменения соотношения олова в составе. Так, его доля в содержании основного материала связана со степенью твердости и пластичностью.

На показатели твердости и прочности бронзы самое большое влияние оказывает количество бериллия в составе. Определенные марки сплава, в которых предусмотрен названный элемент, могут быть более прочными, нежели нержавеющая сталь. Чтобы добавить пластичности, бериллиевый сплав предварительно проходит этап закалки. При этом важную роль играют не количественные значения вносимых веществ, а степень выраженности свойств, которые запланировано получить в итоге.

Структура бронзового сплава отвечает за вмещаемую способность материи в отношении разных элементов

Данную особенность можно рассмотреть подробнее на примере важного компонента – олова. К примеру, 1-фазная структура имеет не более 6-8% названного элемента

Если превысить его показатели количеством предела растворимости (достигает 15%), то сможет сформироваться 2-я фаза твердого раствора.

Однофазное сырье характеризуется более высокими показателями пластичности. Двухфазный бронзовый сплав оказывается более жестким, но при этом и более хрупким. Указанные технические характеристики сказываются на дальнейшем применении рассмотренных материалов: так, сырье первого типа больше подойдет для ковки, а двухфазные варианты станут лучшим решением для дальнейшего литья.

Каждый из видов бронзового сплава имеет свои отличительные особенности. Ознакомимся с ними на примере литьевого оловянного материала.

1. Степень плотности сплава зависит от процентного содержания олова – при его доле в 8-4% она будет составлять от 8,6 до 9,1 кг/куб. см.
2. Температура плавления будет находиться в зависимости от состава сплава и может составить от 880-1060 градусов Цельсия.
3. Уровень теплопроводности рассматриваемого материала может достигать 0,098-0,2 кал/см, что является скромным показателем.
4. Электропроводность достигает 0,087-0,176 мкОм*м. Данный показатель также является небольшим.
5. Степень интенсивности коррозии в условиях морской воды равна 0,04 мм/год. Если же сплав находится в обстановке открытого воздуха, то данное значение будет другим и составит 0,002 мм/год.

Применение

Бронзу активно используют в промышленность и самых разных сферах. В первую очередь бронзу применяют в одноименном прокате: ее выпускают в виде труб, проволоки, листов и прутьев. Металл можно встретить и в автомобилестроении, химической, пищевой, строительной и топливной промышленностях. Из нее производят шестеренки, подшипники, втулки, пружины и другие детали, которые подвергаются воздействию агрессивной окружающей среды и часто работают при повышенном давлении. В отличие от латуни бронза прекрасно переносит механические нагрузки и более пластична.

Из металла производят предметы искусства, скульптуры, кованные изделия, украшения, посуду и художественные предметы.

Особые свойства системы медь–бериллий

Самым распространенным представителем бронз интересующего нас класса является сплав БрБ2, который принято называть высоколегированной бронзой (в ней присутствует порядка двух процентов легирующего бериллия). А вот композиции МКБ и МНБ часто именуют низколегированными бериллиевыми сплавами из-за относительно малого содержания в них Ве. Также востребованностью пользуется бронза марки БрВ2,5 (содержание легирующего компонента – 2,5 процента).

Можно выделить такие основные свойства описываемых сплавов:

• повышенная тепло- и электропроводность, ненамного уступающая теплопроводности меди;
• отличный уровень противодействия износу, ползучести и усталости;
• высокий предел упругости;
• отсутствие искр при ударах;
• повышенная коррозионная стойкость, показатель твердости и временного сопротивления.

Все эти свойства становятся еще лучше в тех случаях, когда бериллиевые сплавы подвергают закалке и другим видам термообработки (в частности, искусственному старению). Максимальной пластичности описываемые бронзы достигают после закалки, выполняемой при температуре около 775 градусов. В подобном состоянии сплав отличается легкостью деформирования.

Фото бериллиевого сплава с бронзой

Стандартная величина сопротивления (временного) распространенной композиции БрБ2 равняется 450 МПа. Она повышается практически вдвое при пластическом деформировании сплава на 40 %. Механические характеристики систем “медь–бериллий” становятся очень высокими после старения, которое производится следом за процессом закалки (например, сопротивление упомянутого сплава БрБ2 становится равным 1400 МПа).

Важные для промышленности свойства интересующих нас сплавов не ограничиваются указанными характеристиками. Кроме всего прочего, бронзы, в коих присутствует бериллий, обладают отличной теплостойкостью. Изделия из них функционируют без изменения своих возможностей при температурах до +340 °С. А при более высоких температурах (около +500°) механические показатели бериллиевых сплавов идентичны показателям алюминиевых и оловянно-фосфористых композиций при температуре эксплуатации +20°.

Рассматриваемые бронзы подходят для выпуска из них фасонных отливок хорошего качества. Но обычно такие сплавы изготавливаются в виде разнообразных полуфабрикатов, прошедших операцию деформирования (проволока, тонкая лента, полосы и так далее). Бериллиевые сплавы поддаются без особых проблем механической обработке (пайка, сварка, резка), правда, существуют и определенные ограничения на выполнения указанных операций.

На фото – фасонные отливки из бериллиевой бронзы

Так, пайка бронз с бериллием по сравнению с обработкой иных композиций на основе меди считается более трудной.

Бериллиевые сплавы необходимо паять сразу же после того, как была выполнена их зачистка (механическая). При этом используется флюс и специальные серебряные припои. Заметим, что в применяемом флюсе обязательно должны присутствовать фтористые соли. В последние годы широкое распространение получила именно вакуумная пайка бронз под слоем флюса, гарантирующая уникальное качество соединения.

Электродуговая сварка бериллиевых сплавов сейчас почти не используется, что связано с их большим кристаллизационным температурным интервалом. А вот их роликовая, точечная, шовная сварка и сварка в инертной атмосфере освоены достаточно хорошо. Добавим, что особые механические свойства систем “медь–бериллий” не позволяют осуществлять сварочные работы после термической обработки бронз. Об этом обязательно нужно помнить, разрабатывая технологию их сварки.

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.

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.

Плиты бериллиевой бронзы

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

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.

Бронзовые сплавы и их разновидности

По способу обработки бронзовые сплавы делятся:

• Деформируемая бронза. Для изготовления деталей из них применяют такие технологические операции как ковка, протяжка, резание, фрезерование.
• Литейная бронза. Детали из такого сплава производятся методами металлургии.

Исходя из химического состава бронза подразделяется:

• Оловянная. В своем составе она содержит от 3,5 до 7% олова. Сплав обладает повышенными значениями предела прочности (свыше 40 кг/мм2) и упругости после предварительной обработки давлением. Такая бронза имеет высокие литейные свойства. Усадка сплава составляет 1%, что сравнимо с аналогичным показателем литейных чугунов. Жидкотекучесть металла позволяет получать отливки с толщиной стенки 1 мм. Единственный недостаток, которым обладает сплав, — это образование микропористости во время кристаллизации отливки.
• Безоловянная. Сюда входят сплавы, химический состав которых не содержит дорогостоящего олова. Его заменяют более доступные металлы.

Металлургия предлагает огромный выбор безоловянных бронз и выделяет следующие их разновидности:

• Алюминиевая бронза (Бр.А5, Бр.АЖ 9-4) отличается наибольшей пластичностью среди всех видов бронзовых сплавов. Относительный коэффициент удлинения составляет 60%. Литейные свойства ниже, чем у оловянных бронз, но при этом данный состав сплава не образует микропор. Предел прочности находится в пределах 50-60 кг/мм2. Сплав коррозионно устойчив к морской воде. Добавление в состав сплава никеля, железо и фосфора позволяет улучшить физические свойства бронзы.
• Кремнистая (Бр. Кмц 3-1) выделяется устойчивостью работы в условиях щелочной среды и низких температур. Для повышения прочностных характеристик металла его химический состав легируютмарганцем и дополнительно обрабатывают холодной деформацией.
• Берилловая (Бр.Б2) имеет высокие показатели прочности (до 110 кг/мм2), коррозионностойкости и электропроводности. Это единственные бронзовые сплавы способные упрочняться термической обработкой: закалкой и искусственным старением. Из недостатков можно выделить высокую цену на бериллий. По этой причине данная бронза применяется только в изготовлении высоко ответственных узлов.

Применение бронзы

Ввиду всех вышеперечисленных качеств и достоинств бронза нашла широкое распространение в разных типах промышленности:

• В машиностроении бронза ценится за счет двух основных свойств: высокий коэффициент трения по стали и коррозионностойкость. Исходя из этого сплав активно используется для изготовления гаек нажимных винтов, работающих в условиях воздействия агрессивных сред, вкладок и втулок механизмов, подшипников скольжения, шестерней, элементов червячной передачи, уплотнительных колец.
• В электронике применяется берилловая бронза для производства интегральных схем, оптико-волоконных приборов, пружинных контактов, измерительной аппаратуры.
• В судостроении бронзу используют как материал деталей, работающих в морской воде.
• Бронза безразлична к перепадам температур. Сплав устойчив к воздействию хлора и снижает активность вредных для человека микроорганизмов. В связи с этим бронза активно используется в оборудовании для сантехники. Из данного сплава изготавливают фитинги для разводки трубопровода, шаровые краны, штуцера, ниппеля, накидные гайки.
• Высокие литейные качества позволили применять бронзу в сфере искусства. Многие знаменитые скульптуры и памятники выполнены из нее. Среди них статуя «Писающий мальчик» в Брюсселе, скульптура «Мыслитель» в Париже и прочее.
• Бронза широко используется в изготовлении предметов быта и фурнитуры. Причиной служит эстетичный внешний вид сплава, подчеркивающий индивидуальность интерьера. Сюда входит изготовление пепельниц, подсвечников, держателей полотенец, петлей и ручек дверей и т. д.