Бериллиевые бронзы (медно-бериллиевые сплавы)

 Бериллиевые бронзы являются уникальными сплавами по благоприятному сочетанию в них хороших механических, физико-химических и антикоррозионных свойств. Эти сплавы после закалки и облагораживания имеют высокий предел прочности, упругости, текучести и усталости усталости, отличаются высокой электропроводностью, теплопроводностью, твердостью, обладают высоким сопротивлением ползучести, высокой циклической прочностью при минимальном гистерезисе, высоким сопротивлением коррозии и коррозионной усталости. Они - морозостойкие, немагнитные и не дают искры при ударах. Поэтому бериллиевые бронзы применяются для изготовления пружин и пружинящих деталей ответственного назначения, в т.ч. мембран и деталей часовых механизмов.

Рис. 1. Диаграмма состояния системы Cu-Be

Из диаграммы видно, что медь с бериллием образует ряд твердых растворов. Об­ласть твердого раствора α при температуре 864°С достигает 2,7% (по массе). С понижением температуры граница растворимости области α довольно резко сдвигается в сторону меди. При температуре эвтектоидного превращения 608°С она составляет 1,55% и понижается до 0,2% при температуре 300°С, что указывает на возможность облагораживания бериллиевых бронз.

Значительное изменение концентрации бериллия в α-твердом растворе с понижением температуры способствует дисперсионному твердению сплавов Cu-Ве. Эффект диспер­сионного твердения сплавов Cu-Ве от содержания бериллия показан на рис. 2.

Рис. 2. Влияние содержания бериллия на эффект дисперсионного твердения сплавов Cu-Be: 1 - закалка при температуре 780°С; 2 - закалка при температуре 780°С + отпуск при температуре 300°С

Термическую обработку бериллиевых бронз проводят при температуре 750-790°С с последующей закалкой в воду для получения пересыщенного твердого раствора. В этом состоянии бериллиевые бронзы легко переносят операции гибки, вытяжки и другие виды деформации. Вторую опера­цию термической обработки - отпуск проводят при темпе­ратуре 300-325°С. При этом выделяется β'-фаза. Эти выделения связаны со значительными напряжениями кри­сталлической решетки, которые вызывают повышение твердости и прочности сплавов.

В результате эвтектоидного превращения β-фазы при температуре ниже 608°С образуется эвтектоид α + β'. Фаза α имеет кубическую гранецентрированную решетку, параметр которой уменьшается с увеличением содержания бериллия. Фаза β имеет кубическую объемноцентрированную решетку с неупорядоченным расположением атомов. Кристалличе­ская структура β'- фазы та же, что и β-фазы, но в ней наблюдается упорядоченное расположе­ние атомов бериллия.

На практике бинарные медно-бериллиевые сплавы почти не применяют, распространение получили трех- и многокомпонентные сплавы.

Для замедления процессов фазовых превращений и рекристаллизации с получением более однородной структуры в Cu-Ве сплавы вводят никель или кобальт, а также железо. Суммарное содержание никеля, кобальта и железа в бериллиевых бронзах колеблется от 0,20 до 0,60% (по массе), в том числе никеля и кобальта - от 0,15 до 0,35% (по массе).

Введение в Cu-Ве сплавы титана, образующего с бериллием упрочняющую фазу, способст­вует замедлению в них диффузионных процессов. Титан, как поверхностно активный элемент, снижает концентрацию бериллия по границам зерен и уменьшает скорость диффузии в этих зонах. В бериллиевой бронзе с добавками титана наблюдается однородный распад и, как следствие, более равномерное упрочнение.

Наиболее благоприятное влияние на свойства бериллиевой бронзы титан оказывает в присутствии никеля. Благодаря добав­кам титана и никеля содержание бериллия в сплавах может быть снижено до 1,7-1,9% (по массе).

Марганец в сплавах Cu-Ве может частично заменить бериллий без заметного снижения Прочности. Сплавы Cu + 1% Be + 5-6% Mn и Cu + 0,5% Be + 10% Mn после дисперсионного твердения по механическим свойствам приближаются к бериллиевой бронзе марки БрБ2.

Добавки магния в небольших количествах (< 0,1 %) повышают эффект дисперсионного твердения бериллиевой бронзы, а в пределах от 0,1 до 0,25 % - заметно снижают ее пластичность.

Свинец, висмут и сурьма для бериллиевых бронз являются весьма вредными примесями, ухудшающими их деформируемость в горячем состоянии.

В стандартных Cu-Ве сплавах допускается содержание Al и Si не более 0,15% каждого элемента. В таких концентрациях эти элементы не оказывают вредного влияния на свойства сплавов.