У нашому огляді ми детальніше зупинимося на особливостях і фізико-хімічних параметрах мідь-беррилиевого сплаву, більше відомого як берилієва бронза. Розповімо про фізичних і хімічних характеристик, а також сфери застосування цього унікального складу.

Берилієва бронза – це мідь-беррилиевый сплав, що включає від 0,5 до 3% берилію, в ряді випадків можливе додавання інших домішок. Берилієва бронза відрізняється:

1. Підвищеною щільністю і міцністю в поєднанні з немагнітними характеристиками і повною відсутністю искровыделения.
2. Вона здатна піддаватися будь-яким типам обробки — розрізанню та формуванні.
3. Сплав повсюдно використовується для виготовлення інструментів, у тому числі й музичних, а також високоточних приладів і куль для вогнепальної зброї.
4. Знайшов своє застосування мідь-берилій і в повітряно-космічних технологіях.

Берилієва бронза відноситься до групи так званих дисперсійно зміцнених складів. Їх відмітною характеристикою є залежність ступеня розчинності легуючих інгредієнтів від нагрівання.

При виконанні загартування з однофазного ділянки в твердій речовині формується надмірне число атомів основного легуючого компонента в порівнянні з рівноважним станом подібної системи. Отриманий концентрований твердий розчин відрізняється термодинамічною нестабільністю і прагненням до розпаду, з підвищенням рівня температури цей процес активується. Ефект ущільнення пояснюється дисперсністю виділень, отриманих в результаті розпаду речовин.

Хімічна формула берилієвої бронзи – БрБ2, її склад детально прописаний в чинному ГОСТ.

Сплав містить такі інгредієнти:

• мідь 97-98%;
• берилій 1,9-2,1%;
• нікель 0,2-0,5%;
• менше 0,5% добавок.

Найчастіше використовуються мідь-берилієві сполуки, що містять 2% берилію, а також мідь-берилій-кобальтові сплави, де процентне присутність берилію не перевищує 0,8%. Перший сплав отримав назву високолегованої берилієвої бронзи, другий відносять до групи низьколегованих марок.

Берилієва мідь володіє наступними фізико-хімічними характеристиками.

1. Завищена електро – і теплопровідність. За цими параметрами речовина лише ненабагато поступається міді.
2. Підвищений межа пружності.
3. Відсутність искровыделения при механічних ударах.
4. Високі параметри корозійної стійкості, твердості і тимчасового опору.

Всі ці характеристики максимально проявляються для всіх моментів, коли берилієва бронза піддається різноманітним способам обробки і загартування. Наприклад, при штучному зістаріванні граничної пластичності такі речовини досягають після виконання гарту, що виробляються при температурі приблизно 770 градусів — в цьому стані берилієва бронза відрізняється винятковою легкістю.

Типове опір речовини відповідає 450 МПа. Цей параметр зростає в 2 рази при процесах пластичної деформації сплаву на 35-50%. Як наслідок, після старіння, яке виконується відразу ж по завершенні процесу загартування, механічні властивості берилію стають виключно високими.

Принципові для промисловості параметри мідь-берилієвого складу далеко не обмежуються перерахованими. Всі бронзові сплави, в структуру яких входять берилій, характеризуються високою теплостійкістю — вироби, виготовлені з них, можуть функціонувати без змін своїх можливостей при температурах до 340 градусів тепла. А при нагріванні до 500 градусів механічні властивості і щільність будь-берилієвих бронз стають повністю ідентичні за своїми показниками алюмінієвим, а також олов’яно-фосфоритным композиціям при стандартній температурі експлуатації близько +20 градусів.

Така властивість дозволяє використовувати бериллиевую бронзу для виробництва фасонних виливків високої якості.

Берилієві сплави з легкістю піддаються будь мехобработке (різання, паяння та зварювання). Хоча є деякі обмеження на проведення перерахованих маніпуляцій. Так, будь сплави берилію паяти слід одразу ж по завершенні їх механічної зачистки. При цьому обов’язково слід використовувати срібний припій, а також флюс. Важливо, щоб у самому флюсі неодмінно присутні солі фтору. В останні роки великого поширення набула так звана вакуумна пайка — її проводять під товстим покриттям з флюсу. Таким чином, забезпечується унікальне якість виробу.

А ось електродугове зварювання в наші дні практично не застосовують при роботі з берилієвої міддю, оскільки вона має значний кристаллизационный термічний інтервал. Шовного зварювання, а також точкового і роликового типів в інертних середовищах освоєні в досить повному обсязі. Варто додати, що специфічні механічні характеристики матеріалу не дають виконувати зварювальні роботи відразу після термообробки бронзи — про це неодмінно слід пам’ятати, продумуючи технологію їх обробки.

Окремої уваги заслуговує такий показник, як швидкість охолодження. Цей показник повинен бути гранично різким, щоб запобігти розпад пересиченого твердого складу. Саме тому при підборі робочих гартівних середовищ в першу чергу варто виходити з показників критичної швидкості. Ці дані підтверджують, що в ході загартування бронзи максимальні швидкості охолодження повинні перебувати в коридорі 500-250 градусів.

Уповільнені процеси на даному інтервалі тягнуть раннє виділення упрочнителя і викликають зниження здатності до подальшого твердіння. Критична швидкість охолодження, яка дозволяє досягти оптимального поєднання фізико-технічних характеристик, відповідає 30-60 г/секунду для міді з додаванням берилію. Щоб добитися потрібного значення, сплав зазвичай загартовують у воді. Для того щоб скоротити параметри критичної швидкості, сплав зазвичай вводять трохи кобальту. Мінімальні добавки такого металу викликають підвищення стійкості переохолодженого розчину. Аналогічним чином на стійкість бронзи можуть вплинути магнієві домішки.

Візуально берилієва бронза виглядає як кольоровий сплав, який спільно використовується при виготовленні пружних елементів, дроту, прутків і деяких інших елементів, від яких вимагається збереження конфігурації. При частих деформаціях і постійних перевантаженнях така дріт має підвищену електропровідність, її використовують в низькочастотних контакти для виготовлення електричних з’єднувачів.

Міцна немагнітна і при цьому не іскриста берилієва мідь знайшла широке застосування при виготовленні плоскогубців, зубил ножів, молотків і гайкових ключів. Сплав оптимальний для виконання маніпуляцій з деякими вибухонебезпечними речовинами, наприклад, на зернових елеваторах, бурових вишках або у вугільних шахтах.

Поширене застосування сплаву для кріогенного обладнання, застосовуваного при знижених температурах. Наприклад, рефрижераторів. Актуальність використання мідь-берилію у цій сфері пояснюється її міцністю і підвищеною теплопровідністю в даному температурному діапазоні.

Використовують складу для виробництва вогнепальних куль. Хоча подібне застосування досить незвично, так як куля зі сталі коштують дешевше і при цьому мають досить схожі характеристики. Дріт, виконана з мідь-берилію, випускається відразу в декількох формах. Вона може бути фігурної або плоскою, округлою або квадратної, у продажу представлені різні прямих пластів, а також котушки або мотки.

Цікава інформація про бериллии представлена в наступному відео.