Бериллиевая бронза

Бериллиевые бронзы (сплавы меди с бериллием) отличают вы­сокие прочностные свойства и предел упругости, релаксационная стойкость, высокие электро- и теплопроводность, сопротивление коррозии и коррозионной усталости. Бронзы не магнитны, не дают искру при ударе, они технологичны - хорошо деформируются и свариваются, мало склонны к хладноломкости и могут работать в интервале температур от —200 до +250°С.

Бериллиевые бронзы используют для изготовления плоских и витых пружин, упругих элементов в виде гофрированных мемб­ран, токоподводящих упругих деталей электрооборудования, пружинящих деталей электронных приборов и устройств и др. К недостаткам этих сплавов относят высокую стоимость и дефицитность бериллия, а также его токсичность.

Технологически необходимыми свойствами обладают сплавы, содержащие 2,0…2,5% Be (рис. 1).

Рис. 1. Влияние содержания бериллия на механические свойства медных славов после закалки с 780°С (1) и старения с 300°С (2)

Бериллиевые бронзы относятся к дисперсионно-твердеющим сплавам, причем эффект упрочнения при термической обработке у них достаточно большой.

Бронзы подвергают закалке и последующему старению. При этом существенным является выбор температуры нагрева под закалку (t_зак), поскольку ее величина определяет полноту перевода легирующих элементов в твердый раствор и возможность его гомогенизации.

Диапазон температур нагрева под закалку для бериллиевых бронз составляет 760…800°С (табл. 1).

Выше указанных температур бронзы нагревать не следует из-за опасности роста зерен и ухудшения служебных характеристик сплава. Нагрев под закалку ниже оптимальной температуры уменьшает пересыщение α-твердого раствора бериллием.

Важным параметром закалки бериллиевых бронз является скорость охлаждения, которое должно быть достаточно интенсивным, с целью исключения распада пересыщенного твердого раствора. Критическая скорость охлаждения у бериллиевых бронз составляет 30…60°С/с. Поэтому бериллиевые бронзы обычно закаливают в воде. Для уменьшения критической скорости охлаждения в бериллиевые бронзы вводят никель или кобальт. Добавки этих металлов приводят к повышению устойчивости переохлажденного α-твердого раствора в области температуры его наименьшей стабильности (примерно 500°С). Аналогичным образом на устойчивость твердого раствора влияют небольшие добавки магния. Важным достоинством бериллиевых бронз является их высокая пластичность при умеренной прочности в закаленном состоянии (табл. 2, 3). В этом состоянии они легко подвергаются операциям гибки, вытяжки и другим видам пластической деформации.

Температурный режим старения зависит от требуемого сочетания свойств изделия и находится в интервале температур 300…350°С.

При старении бериллиевых бронз распад α-раствора характеризуется сложностью форм фазовых переходов. Превращение проходит через ряд метастабильных состояний, последовательность которых зависит от температуры изотермической выдержки.

После дисперсионного твердения при старении готовые детали приобретают высокие упругие свойства: предел упругости достигает 750…770 МПа, предел выносливости - 250…290 МПа (на базе 1*10⁸ циклов), твердость — 350…400 HV. Электропроводность бериллиевых бронз составляет 10…20% от электропроводности меди (табл. 4). Бериллиевые бронзы хорошо свариваются и паяются.

Обработка резанием после дисперсионного твердения и термообработки не вызывает затруднений.

Бериллиевые бронзы часто подвергают низкотемпературной термомеханической обработке (НТМО), которая заключается в применении пластической деформации между операциями закалки и старения. В этом случае деформация закаленного сплава обеспечивает равномерный распад по всему объему твердого раствора при старении и получение высоких упругих характеристик.

Сведения о механических и физических свойствах продукции из бериллиевых бронз — см. табл. 2-4

Для улучшения свойств бериллиевые бронзы дополнительно легируют небольшими добавками кобальта, никеля, титана, магния, бора, а также редкоземельными металлами.