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 %).
Уникальный материал – бериллиевая бронза
Какими же уникальными свойствами обладают медно-бериллиевые сплавы? Во-первых, высокой упругостью. Они буквально «пружинят». В-вторых, бериллиевые бронзы не искрят при ударах ими или по ним, что особо важно в условиях взрывоопасных производств.
В-третьих, они практически не подвержены разрушающим воздействиям времени и коррозии, сохраняя всю свою первоначальную твердость, т.е. обладают особо высокой стойкостью к износу. И в-четвертых, тепло- и электропроводность бериллиевых бронз практически такая же, как и у меди высокой степени чистоты. Причем закаленные или искусственно состаренные медно-бериллиевые сплавы обладают еще более выдающимися качествами. Если такие сплавы закаливать, нагревая примерно до 775°, то они становятся максимально пластичными, и даже могут слегка деформироваться.
Временное сопротивление обычной бериллиевой бронзы равно 450 Мпа, а подвергнутой пластическому деформированию – на целых 40 % выше. Если же сразу после закалки такие сплавы обработать методом искусственного старения, то этот показатель увеличивается уже не на проценты, а в разы. Так, временное сопротивление обработанной таким образом бронзы марки БрБ2 достигает значения 1400 Мпа, т.е. улучшается более чем в два раза.
Высока так же и стойкость бериллиевых бронз к тепловому воздействию. Они не меняют своих свойств при нагреве до 340°. Интересно, что если нагреть их до температуры 500°, то свойства таких бронз будут аналогичны свойствам сплавов из алюминия, олова и фосфора, сплавов, работающих при комфортной температуре в 20°.
Из сплавов меди и бериллия можно изготавливать высокотехнологичное литье, однако в основном они предназначаются для производства из них заготовок в виде лент, листов, полос, проволоки и других профилей, а уже из них делают необходимые детали. Эти заготовки подвергаются предварительной пластической деформации. Детали из бериллиевой бронзы можно паять и сваривать, однако – с соблюдением определенных ограничений.
Применение бериллиевой бронзы
Основными же направлениями промышленного использования сплавов из меди и бериллия являются нижеследующие:
- Производство комплектующих для двигателей, электронных устройств, и других систем, предназначенных для использования в современных транспортных средствах.
- Производство комплектующих для воздушного транспорта, предназначенных для работы при изменяющихся нагрузках и скачущих температурах, например – устройств навигации и шасси вертолетов и самолетов.
- Производство сварочных стержней и электродов, используемых при контактных сварочных работах, поскольку жаропрочность, износостойкость и электропроводность бериллиевых бронз с низкой степенью легирования поистине исключительны.
- Производство поршней для литейного оборудования, работающего под давлением, литейных кокилей и кристаллизационных камер.
