» » Свойства бериллиевых сплавов
28.04.2015

Как уже указывалось, с тяжелыми металлами (такими, как например, медь или никель) бериллий образует сплавы, обладающие способностью к дисперсионному твердению (старению). Причина старения легированных бериллием медных и никелевых сплавов образование твердых растворов, содержащих от 0,1 до 3% бериллия. Растворимость бериллия значительно падает с понижением температуры, как это вид но, например, на частичной диаграмме состояния медь—бериллий (рис. 12). Если такие сплавы нагреть, а затем быстро охладить до комнатной температуры (например, закалкой в воду), то бериллий образует пересыщенный твердый раствор. В таком состоянии сплавы мягки и легко поддаются холодной обработке давлением При повтор ном нагревании до относительно более низкой температуры, близкой к температуре красного каления, пересыщенный твердый раствор бериллия в сплаве постепенно распадается с выделением фазы, представляющей собой субмикроскопические частицы очень твердого соединения бериллия. Эти мелкодиспергированные в основе частицы и являются причиной большого повышения твердости бериллиевых сплавов при старении.
Подробным изучением механизма образования выделений в меднобериллиевых сплавах и происходящих в них структурных изменений занимался ряд исследователей, следует отметить в первую очередь работы Гейслера с соавторами и особенно Сольнье.
Этими работами была убедительно подтверждена правильность приведенного выше объяснения причин дисперсионного твердения в меднобериллиевых сплавах.
Свойства бериллиевых сплавов

Повторный нагрев, проводимый с целью старения, можно точно регулировать с тем, чтобы получать сплавы, обладающие широким диапазоном свойств начиная от наиболее мягких высокопластичных сплавов до наиболее твердых, с минимальной, почти нулевой пластичностью.
Однако несмотря на наличие ряда превосходных свойств у двойных медкобериллиевых сплавов, вскоре было установлено, что они обладают также и рядом весьма существенных недостатков:
а) для достижения высоких механических свойств оказалось необходимым вводить в них до 2,5—3% бериллия, что делает такие сила-вы весьма дорогими;
б) способность к старению заметна только в сплавах, содержащих не менее 1 % бериллия и тем значительнее, чем больше содержание в них бериллия;
в) трудность получения однородных по составу (гомогенных) отливок двойного сплава, содержащих большие количества бериллия (2,5—3%), вследствие самопроизвольного выделения фаз по границам зерен;
г) наличие характерной для двойных сплавов крупнокристаллической структуры, понижающей их механическую прочность.
Все это заставило искать более дешевые и вместе с тем равноценные по своим механическим свойствам составы меднобериллиевых сплавов.
Эта задача была решена путем введения в меднобериллиевые сплавы относительно небольших (до 1,5%) добавок никеля, кобальта или цинка, благодаря чему удалось сохранить, а в некоторых случаях даже улучшить механические свойства таких сплавов и одновременно резко снизить содержание в них бериллия.
В настоящее время промышленное производство, особенно в США, основывается на выпуске трех- и даже четырехкомпонентных меднобериллиевых сплавов. Двойные бериллиевые сплавы производятся толь ко с никелем. Некоторые свойства одного из таких сплавов, содержащего 2,5% Be, приведены в табл. 5. Обращает на себя внимание резкое повышение прочностных свойств и одновременное ухудшение пластичности у состаренного никелевобериллиевого сплава.
Свойства бериллиевых сплавов

Ассортимент сложных многокомпонентных меднобериллиевых сплавов, выпускаемых промышленностью и носящих общее название бериллиевых бронз, очень широк и непрерывно пополняется все новыми и новыми составами в зависимости от спроса на материалы, обладающие различными механическими свойствами. Поэтому в качестве примеров здесь будут рассмотрены свойства лишь некоторых наиболее широко употребляемых составов бериллиевых бронз, что позволит достаточно полно представить себе области возможного их применения.
Бериллиевые бронзы можно разделить в основном на две группы: высокопрочные с большим содержанием бериллия и хорошо электропроводные с малым содержанием бериллия. К первым относятся бронзы, содержащие от 1,6 до 3% бериллия; ко вторым — содержащие менее 1% бериллия, обычно от 0,25 до 0,7%.
Для отжига и старения бедных бериллием сплавов необходима температура на 100—200° более высокая, чем для сплавов, богатых бериллием.
Механические свойства, характерные для литых и деформированных бериллиевых бронз обеих групп, приведены в табл. 6 и 7.
Бериллиевые бронзы в состаренном состоянии не только сохраняют, но и заметно повышают ряд своих пластических свойств при температурах, лежащих намного ниже нуля.
Это качество, не отмечавшееся до сих пор ни у одного из металлов или сплавов, делает возможным применение изделий из бериллиевой бронзы в объектах, работающих в арктических условиях.
Выплавка бериллиевых бронз легко осуществляется в промышленных печах любого типа. Благодаря хорошей жидкотекучести в расплавленном состоянии бериллиевые бронзы могут быть отлиты в сложные песчаные изложницы, в кокиль и под давлением Температурный интервал отливки высокопрочных сплавов лежит между 1000—1180°, а для сплавов с хорошей электропроводностью — между 1180—1230°.
Свойства бериллиевых сплавов

Во избежание образования газовых пузырей и окисления, отливку лучше производить при наименьшей температуре, обеспечивающей хорошую струю при литье. Горячая и холодная обработка давлением широко применяется для различных видов ковких сплавов. Температурный интервал горячей деформации лежит в пределах от 790 до 800° для высокопрочных сплавов и в пределах от 900 до 930° для оплавов, обладающих хорошей электропроводностью.
Несмотря на то что в состоянии наклепа бериллиевая бронза обладает большей прочностью по сравнению с другими оплавами на медной основе, она может, также как и эти сплавы, быть прокатана на холоду. Учитывая, что бериллиевая бронза обладает еще и хорошей способностью к старению, ее можно подвергать гораздо меньшему обжатию при прокатке, чем это делается для других медных сплавов с целью повышения их твердости. У прокатанной бериллиевой бронзы нет резко выраженной направленности структуры, что способствует ее хорошей обрабатываемости в любом направлении.
Хотя обрабатываемость бериллиевой бронзы резанием несколько труднее, она проводится по режимам сплавов на медной основе.
Свойства деформированной бериллиевой бронзы зависят от совокупности условий проведения холодной обработки давлением и термообработки.
Полный отжиг высокопрочных сплавов происходит при температуре 790°, а их старение — в температурном интервале от 315 до 345°, в в то время как для полного отжига сплавов с хорошей электропроводностью нужна температура 930°, а для их старения — от 435 до 480°.
Бериллиевая бронза хорошо поддается электрической сварке металлическими и угольными электродами, дуговой сварке в атмосфере инертного газа и шовной сварке сопротивлением, а также пайке серебром и мягкими припоями. Однако газовая сварка и пайка твердыми припоями (бронзой) не дают удовлетворительных результатов, поскольку температуры, при которых производятся все виды сращивания бериллиевой бронзы, за исключением пайки мягкими припоями, лежат выше температуры ее термообработки, и образующийся в сварочных швах материал не обладает вследствие этого способностью к старению.
Во избежание образования окалины при сварке, пайке или термообработке бериллиевой бронзы эти операции необходимо производить в атмосфере разложенного аммиака (так называемого «формировочного газа» — смеси трех объемов водорода с одним объемом азота), светильного газа или водорода. Образовавшаяся окалина может быть удалена травлением в 20—30%-ном растворе серной кислоты при температуре 70—80° с последующим погружением в 30%-ный раствор холодной азотной кислоты.