Berylliový bronz: složení, vlastnosti a použití

V našem přehledu se podrobněji zastavíme u vlastností a fyzikálně chemických parametrů slitiny mědi a berylia, známější jako berylliový bronz. Promluvme si o fyzikálních a chemických vlastnostech, stejně jako o oblasti použití této jedinečné kompozice.

Berylliový bronz je slitina mědi a berylia obsahující 0,5 až 3 % berylia, v některých případech mohou být přidány další nečistoty. Berylliový bronz je jiný:

1. Zvýšená hustota a pevnost v kombinaci s nemagnetickými vlastnostmi a úplnou absencí jiskření.
2. Je schopen podstoupit jakýkoli typ zpracování - řezání a tvarování.
3. Slitina je široce používána pro výrobu nástrojů, včetně hudebních nástrojů, stejně jako vysoce přesných nástrojů a nábojů do střelných zbraní.
4. Měď-berylium našlo své uplatnění také v leteckých technologiích.

Berylliový bronz patří do skupiny tzv. disperzně tvrditelných kompozic... Jejich charakteristickou vlastností je závislost stupně rozpustnosti legujících přísad na zahřívání.

Při kalení z jednofázové sekce v pevné látce vzniká nadměrný počet atomů hlavní legující složky ve srovnání s rovnovážným stavem takového systému. Vzniklý koncentrovaný pevný roztok se vyznačuje termodynamickou nestabilitou a tendencí k rozkladu, se zvýšením teploty se tento proces aktivuje. Účinek zhutnění se vysvětluje disperzí sraženin získaných rozkladem látek.

Chemický vzorec berylliového bronzu je BrB2, jeho složení je podrobně popsáno v aktuální GOST.

Slitina obsahuje následující složky:

• měď 97-98%;
• beryllium 1,9-2,1 %;
• nikl 0,2-0,5 %;
• méně než 0,5 % přísad.

Nejčastěji používané kompozice měď-berylium obsahující 2% berylia, stejně jako slitiny měď-berylium-kobalt, kde procento berylia nepřesahuje 0,8%. První slitina se nazývá vysokolegovaný beryliový bronz, druhá patří do skupiny nízkolegovaných jakostí.

Berylliová měď má následující fyzikálně-chemické vlastnosti.

1. Nadhodnocená elektrická a tepelná vodivost. Podle těchto parametrů je látka jen mírně horší než měď.
2. Zvýšená mez pružnosti.
3. Nedostatek jiskření při mechanickém nárazu.
4. Vysoké parametry korozní odolnosti, tvrdosti a dočasné odolnosti.

Všechny tyto vlastnosti se maximálně projevují ve všech okamžicích, kdy je beryliový bronz podroben různým metodám zpracování a kalení. Například umělým stárnutím takové látky dosáhnou své konečné plasticity po kalení, které se provádí při teplotě asi 770 stupňů - v tomto stavu je berylliový bronz extrémně lehký.

Typický odpor látky odpovídá 450 MPa. Tento parametr se zdvojnásobuje během procesů plastické deformace slitiny o 35-50%. V důsledku toho jsou mechanické vlastnosti berylia po stárnutí, které se provádí bezprostředně po dokončení procesu vytvrzování, extrémně vysoké.

Parametry složení měď-berylium, které jsou pro průmysl zásadní, se zdaleka neomezují pouze na ty uvedené. Všechny slitiny bronzu, jejichž struktura zahrnuje berylium, se vyznačují vysokou tepelnou odolností - výrobky z nich mohou fungovat beze změny svých schopností při teplotách až 340 stupňů Celsia. A když se zahřejí na 500 stupňů, mechanické vlastnosti a hustota všech beryliových bronzů se při standardní provozní teplotě asi +20 stupňů zcela shodují s hliníkem a také kompozicemi cínu a fosforu.

Tato vlastnost umožňuje použití beryliového bronzu pro výrobu tvarových odlitků nejvyšší kvality.

Slitiny berylia jsou snadno přístupné jakémukoli mechanickému zpracování (řezání, pájení a svařování). Ačkoli existují určitá omezení pro provádění uvedených manipulací. Jakékoli slitiny berylia by tedy měly být pájeny natvrdo ihned po dokončení mechanického odizolování. V tomto případě nezapomeňte použít stříbrnou pájku a také tavidlo. Je důležité, aby fluoridové soli byly vždy přítomny v samotném tavidle. V posledních letech se rozšířilo tzv. vakuové pájení - provádí se pod silnou vrstvou tavidla. Je tak zajištěna jedinečná kvalita produktu.

Ale v dnešní době se svařování elektrickým obloukem prakticky nepoužívá při práci s beryliovou mědí, protože má významný teplotní interval krystalizace. Plně zvládnuto svařování švových, bodových a válečkových typů v inertních médiích. Je třeba dodat, že specifické mechanické vlastnosti materiálu neumožňují provádět svářečské práce bezprostředně po tepelném zpracování bronzu - to je jistě třeba mít na paměti při přemýšlení o technologii jejich zpracování.

Následující ukazatel si zaslouží zvláštní pozornost: rychlost chlazení. Tento indikátor by měl být extrémně ostrý, aby se zabránilo rozkladu přesycené pevné kompozice. Proto by se při výběru pracovních zhášecích médií mělo vycházet především z kritických ukazatelů rychlosti.Tyto údaje potvrzují, že během kalení bronzu by maximální rychlosti chlazení měly být v rozmezí 500-250 stupňů.

Pomalé procesy v tomto intervalu vedou k brzkému uvolňování tvrdidla a způsobují snížení schopnosti dalšího tuhnutí. Kritická rychlost chlazení, která umožňuje dosažení optimální kombinace fyzikálních a technických vlastností, odpovídá 30-60 g/s pro měď s přidaným beryliem. Pro dosažení požadované hodnoty se slitina obvykle ochladí ve vodě. Pro snížení kritických rychlostních parametrů se do slitiny obvykle přidává malé množství kobaltu. Minimální přídavky takového kovu zvyšují stabilitu podchlazeného roztoku. Stejně tak nečistoty hořčíku mohou ovlivnit trvanlivost bronzu.

Vizuálně vypadá berylliový bronz jako barevná slitina, která dohromady používá se při výrobě pružinových prvků, drátu, tyčí a některých dalších prvků, které jsou nutné k udržení konfigurace. Při častých deformacích a konstantním přetížení má takový drát zvýšenou elektrickou vodivost, používá se v nízkofrekvenčních kontaktech pro výrobu elektrických konektorů.

Silná nemagnetická, ale nejiskřící beryliová měď našel široké uplatnění při výrobě kleští, dlát nožů, kladiv a klíčů. Slitina optimální pro manipulaci s některými výbušnými látkami, například v obilných elevátorech, ropných plošinách nebo v uhelných dolech.

Běžné použití slitiny pro kryogenní zařízenípoužívá se při nejnižších teplotách. Například chladírenské vozy. Význam použití mědi a berylia v této oblasti se vysvětluje jeho pevností a zvýšenou tepelnou vodivostí v tomto teplotním rozsahu.

Použijte kompozici na výrobu nábojů. I když je taková aplikace poměrně neobvyklá, protože ocelová střela je levnější a zároveň má dosti podobné vlastnosti. Měď-berylliový drát je dostupný v několika formách najednou. Může být kudrnatý nebo plochý, kulatý nebo hranatý, v prodeji jsou různé rovné vrstvy, ale i svitky nebo svitky.

Zajímavé informace o berylliu přináší následující video.