Brąz berylowy: skład, właściwości i zastosowanie

W naszym przeglądzie zajmiemy się bardziej szczegółowo cechami i parametrami fizykochemicznymi stopu miedzi z berylem, szerzej znanego jako brąz berylowy. Porozmawiajmy o właściwościach fizycznych i chemicznych, a także o zakresie zastosowania tej wyjątkowej kompozycji.

Brąz berylowy to stop miedziowo-berylowy zawierający od 0,5 do 3% berylu, w niektórych przypadkach mogą być dodawane inne zanieczyszczenia. Brąz berylowy jest inny:

1. Zwiększona gęstość i wytrzymałość w połączeniu z właściwościami niemagnetycznymi i całkowitym brakiem iskrzenia.
2. Jest w stanie poddawać się dowolnej obróbce - cięciu i kształtowaniu.
3. Stop jest szeroko stosowany do produkcji instrumentów, w tym instrumentów muzycznych, a także instrumentów precyzyjnych i pocisków do broni palnej.
4. Miedź-beryl znalazła również zastosowanie w technologiach lotniczych.

Brąz berylowy należy do grupy tzw. kompozycji dyspersyjno-utwardzalnych... Ich charakterystyczną cechą jest zależność stopnia rozpuszczalności składników stopowych od ogrzewania.

W przypadku hartowania z odcinka jednofazowego w ciele stałym powstaje nadmierna liczba atomów głównego składnika stopowego w porównaniu ze stanem równowagi takiego układu. Powstały stężony roztwór stały charakteryzuje się niestabilnością termodynamiczną i tendencją do rozkładu, a wraz ze wzrostem poziomu temperatury proces ten ulega aktywacji. Efekt zagęszczenia tłumaczy się rozproszeniem osadów uzyskanych w wyniku rozkładu substancji.

Wzór chemiczny brązu berylowego to BrB2, jego skład jest szczegółowo opisany w aktualnym GOST.

Stop zawiera następujące składniki:

• miedź 97-98%;
• beryl 1,9-2,1%;
• nikiel 0,2-0,5%;
• mniej niż 0,5% dodatków.

Najczęściej stosowane są kompozycje miedziowo-berylowe zawierające 2% berylu, a także stopy miedziowo-berylowo-kobaltowe, w których zawartość procentowa berylu nie przekracza 0,8%. Pierwszy stop nazywany jest wysokostopowym brązem berylowym, drugi należy do grupy gatunków niskostopowych.

Miedź berylowa ma następujące właściwości fizykochemiczne.

1. Przeszacowana przewodność elektryczna i cieplna. Zgodnie z tymi parametrami substancja jest tylko nieznacznie gorsza od miedzi.
2. Zwiększona granica elastyczności.
3. Brak iskrzenia podczas wstrząsu mechanicznego.
4. Wysokie parametry odporności korozyjnej, twardości i odporności doraźnej.

Wszystkie te cechy przejawiają się maksymalnie we wszystkich momentach, w których brąz berylowy poddawany jest różnym sposobom obróbki i hartowania. Przykładowo, przy sztucznym starzeniu takie substancje osiągają ostateczną plastyczność po hartowaniu, które odbywa się w temperaturze około 770 stopni – w tym stanie brąz berylowy jest niezwykle lekki.

Typowa odporność substancji odpowiada 450 MPa. Ten parametr podwaja się podczas procesów odkształcenia plastycznego stopu o 35-50%. W konsekwencji po starzeniu, które odbywa się bezpośrednio po zakończeniu procesu hartowania, właściwości mechaniczne berylu stają się niezwykle wysokie.

Podstawowe dla przemysłu parametry składu miedziowo-berylowego nie ograniczają się do wymienionych. Wszystkie stopy brązu, których struktura zawiera beryl, charakteryzują się wysoką odpornością cieplną – wyroby z nich wykonane mogą funkcjonować bez zmiany swoich możliwości w temperaturach do 340 stopni Celsjusza. A po podgrzaniu do 500 stopni właściwości mechaniczne i gęstość dowolnych brązów berylowych stają się całkowicie identyczne pod względem wydajności z aluminium, a także kompozycjami cynowo-fosforynowymi w standardowej temperaturze roboczej około +20 stopni.

Ta właściwość pozwala na wykorzystanie brązu berylowego do produkcji odlewów kształtowych najwyższej jakości.

Stopy berylu łatwo poddają się jakiejkolwiek obróbce mechanicznej (cięcie, lutowanie i spawanie). Chociaż istnieją pewne ograniczenia dotyczące przeprowadzania wymienionych manipulacji. Dlatego też wszelkie stopy berylu powinny być lutowane natychmiast po zakończeniu mechanicznego usuwania powłok. W takim przypadku należy użyć srebrnego lutu, a także topnika. Ważne jest, aby sole fluorkowe były zawsze obecne w samym topniku. W ostatnich latach rozpowszechniło się tak zwane lutowanie próżniowe - odbywa się pod grubą warstwą topnika. W ten sposób zapewniona jest wyjątkowa jakość produktu.

Ale obecnie spawanie łukiem elektrycznym praktycznie nie jest stosowane podczas pracy z miedzią berylową, ponieważ ma ona znaczny odstęp termiczny krystalizacji. Spawanie spoin, punktowe i rolkowe w mediach inertnych zostało w pełni opanowane. Należy dodać, że specyficzne właściwości mechaniczne materiału nie pozwalają na wykonanie prac spawalniczych bezpośrednio po obróbce cieplnej brązu – z pewnością należy o tym pamiętać, zastanawiając się nad technologią ich obróbki.

Na szczególną uwagę zasługuje następujący wskaźnik: tempo schładzania. Wskaźnik ten powinien być niezwykle ostry, aby zapobiec rozkładowi przesyconej stałej kompozycji. Dlatego przy doborze pracujących mediów hartowniczych należy przede wszystkim postępować od krytycznych wskaźników prędkości.Dane te potwierdzają, że podczas hartowania brązu maksymalne szybkości chłodzenia powinny mieścić się w zakresie 500-250 stopni.

Powolne procesy w tym przedziale prowadzą do przedwczesnego uwalniania utwardzacza i powodują spadek zdolności do dalszego utwardzania. Krytyczna szybkość chłodzenia, która pozwala na osiągnięcie optymalnej kombinacji właściwości fizycznych i technicznych, odpowiada 30-60 g/s dla miedzi z dodatkiem berylu. Aby osiągnąć pożądaną wartość, stop jest zwykle hartowany w wodzie. W celu zmniejszenia krytycznych parametrów prędkości do stopu dodaje się zwykle niewielką ilość kobaltu. Minimalne dodatki takiego metalu zwiększają stabilność przechłodzonego roztworu. Podobnie zanieczyszczenia magnezowe mogą wpływać na trwałość brązu.

Wizualnie brąz berylowy wygląda jak kolorowy stop, który razem używany do produkcji elementów sprężynowych, drutów, prętów i niektórych innych elementów, które są wymagane do zachowania konfiguracji. Przy częstych odkształceniach i ciągłych przeciążeniach taki drut ma zwiększoną przewodność elektryczną, jest stosowany w stykach o niskiej częstotliwości do produkcji złączy elektrycznych.

Mocna niemagnetyczna, ale nieiskrząca miedź berylowa znalazł szerokie zastosowanie w produkcji szczypiec, dłut noży, młotków i kluczy. Stop optymalny do pracy z niektórymi substancjami wybuchowymi, na przykład w elewatorach zbożowych, platformach wiertniczych lub w kopalniach węgla.

Powszechne stosowanie stopu do urządzeń kriogenicznychstosowany w najniższych temperaturach. Na przykład ciężarówki chłodnie. Znaczenie zastosowania miedzi-berylu w tym obszarze tłumaczy się jego wytrzymałością i zwiększoną przewodnością cieplną w tym zakresie temperatur.

Użyj kompozycji do produkcji kul. Chociaż taka aplikacja jest dość nietypowa, ponieważ stalowy pocisk jest tańszy, a jednocześnie ma dość podobne właściwości. Drut miedziano-berylowy jest dostępny w kilku formach jednocześnie. Może być kręcona lub płaska, okrągła lub kwadratowa, dostępne są różne proste warstwy, a także zwoje lub zwoje.

Ciekawe informacje na temat berylu przedstawia poniższy film.