Бериллиевые сплавы
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Бериллиевые сплавы

Бериллиевые сплавы, сплавы на основе бериллия (Be). Промышленное применение Б. с. началось в 50-х гг. 20 в. Получение изделий из Be путём пластической деформации затруднено, т.к. Be обладает низкой пластичностью (вследствие гексагональной структуры и наличия примесей). При пластической деформации Be скольжение происходит в первую очередь в зёрнах, благоприятно ориентированных к прилагаемому напряжению. Неблагоприятная ориентация соседних зёрен вызывает на их стыке возникновение значительных напряжений, которые приводят к зарождению трещин. Эти недостатки в структуре Be (малое количество плоскостей и направлений скольжения) устраняются в некоторых Б. с., которые образуются введением т. н. пластичной матрицы (одного из металлов Ag, Sn, Cu, Si, Al и др.). Матрица обволакивает зёрна Be и способствует релаксации напряжений на границах неориентированных зёрен и развитию пластической деформации. При малом содержании в Be пластичной матрицы деформируется в основном Be, а матрица является релаксатором напряжений. При значительном содержании пластичной матрицы (например, сплавы Be с Al) пластическая деформация осуществляется в основном за счёт пластичного металла. Б. с. с повышенным содержанием пластичной матрицы легко деформируются (прокатываются, вытягиваются, куются), но обладают меньшей прочностью по сравнению с Б. с., имеющими пониженное содержание пластичной матрицы, и с Be.

загрузка...

  Б. с. системы Be—Ag, содержащие 1,9—3,7% Ag, обладают повышенной пластичностью; содержащие 20—40% Ag — повышенным сопротивлением ударным нагрузкам. Добавки к Be 2,7—2,9% Sn существенно улучшают его механические свойства в выдавленном и прокатанном состоянии при комнатной температуре. При использовании в качестве пластичной матрицы Cu и Ni в количестве 3% в процессе получения заготовок наблюдается образование хрупких бериллидов (например, Be2Cu и Ni5Be21). Добавление к сплавам Be — Cu 0,25% Р, замедляющего диффузию Cu и Be, предотвращает образование бериллида и повышает пластичность. Промышленными являются сплавы системы Be—Al, содержащие от 24 до 43% Al, называемые «локэллой» и разработанные в США фирмой «Локхид»(табл. 1).

Табл. 1. — Свойства сплавов системы Be—Al в прессованном состоянии

Содержание алюминия (%)

Предел текучести при растяжении (Мн/м2)

Предел прочности при растяжении (Мн/м2)

Модуль упругости (Гн/м2)

Относительное удлинение (%)

24

495

600

255

3,0

31

540

570

234

2,0

33

520

560

234

4,0

36

520

525

220

1,0

43

430

475

220

1,0

Сплавы системы Be—Al обладают рядом достоинств: они легче алюминиевых и магниевых сплавов, по сравнению с Be более пластичны, менее чувствительны к поверхностным дефектам, не требуют химического травления после обработки резанием. Большой диапазон значений модуля упругости, прочности и пластичности, достигаемый в этих сплавах, значительно расширяет сферу их применения.

  Стремление получить Б. с. с большей прочностью по сравнению с Be (и Б. с. с пластичной матрицей) привело к созданию сплавов, упрочнённых дисперсной фазой. Упрочнителями являются интерметаллические соединения, карбиды, нитриды, окислы. Механические свойства (главным образом прочностные) этих Б. с. повышаются введением тонкодисперсной упрочняющей фазы. Наличие дисперсной фазы приводит к возникновению напряжений в бериллиевой матрице (в случае выделения из твёрдого раствора) или препятствует распространению скольжения (в случае образования интерметаллических соединений). Оба процесса повышают прочностные характеристики. Степень упрочнения зависит от количества и типа упрочняющей фазы, от её связи с матрицей, от размера её частиц и расстояния между ними. Промышленный Be, содержащий значительное количество окиси бериллия, является, по существу, дисперсионно-упрочнённым сплавом. Разработаны Б. с., упрочнителем в которых служат бериллиды. Лучшими прочностными свойствами обладают сплавы систем Be—Fe и Be—Со; сплавы Be—Cu и Be—Ni менее прочны, но более пластичны. При 400°С предел прочности сплава Be с 5% Со равен 430 Мн/м2, а с 3% Fe — 410 Мн/м2. Данные по длительной прочности сплава Be с 1% Fe приведены в табл. 2.

Табл. 2. — Длительная прочность сплавов Be с 1% Fe в горячепрессованном состоянии

Температура испытания (°С)

Длительная прочность (Мн/м2)

10 ч

100 ч

1000 ч

540

82

69

0,6

650

62

52

0,4

730

41

30

0,2

815

24

18

0,1

900

9

7

0,05

 

Повышение прочностных свойств Б. с., упрочнённых дисперсной фазой, сопровождается уменьшением пластичности, что значительно усложняет технологию изготовления изделии. Изделия и полуфабрикаты из Б. с. изготовляют в основном методами порошковой металлургии, реже литьём. Высокопрочные дисперсионно-упрочнённые Б. с. получают обработкой горячепрессованных заготовок давлением в стальных оболочках при температурах 1010—1175°С. Изделия из Б. с.: прутки, трубы, конусы, листы, профили и др. Важным достижением в области создания материалов на бериллиевой основе, способных работать длительное время при 1100—1550°С и короткое время при 1700°С, является разработка интерметаллических соединений Be с другими металлами. Основное направление в применении Б. с. — конструкционные материалы для летательных аппаратов.

 

  Лит.: Дарвин Дж., Баддери Дж., Бериллий, пер.(перевод) с англ.(английский), М., 1962; Бериллий, под ред. Д. Уайтаи Д. Бёрка, пер. с англ., М., 1960; Conference internationale sur la metallurgiedu Beryllium, Grenoble, 17—20 mai 1965, P., 1966; The metallurgy of Beryllium. Proceedings of an International Conference organized by the Institute of Metals, London, 16—18 October, 1961, L., [1963] (Monograph and Report Series, № 28); Тугоплавкие металлические материалы для космической техники, пер. с англ., М., 1966.

В. Ф. Гогуля.