Список тематических статей

Бронза бериллиевая

Общие сведения

Бериллиевыми бронзами называют группу металлических сплавов, основными компонентами которых являются медь и бериллий. Такие композиции металлов также называют «бериллиевая латунь» или «бериллий-латунь», «бериллиевая медь» или «бериллий-медь, «бериллий-бронза», Cu-Be и т.д.

Бериллиевые бронзы интересны для индустрии пластмасс тем, что их свойства позволяют достаточно широко применять бронзы при изготовлении форм для литья пластмасс под давлением (прессформах, литьевых формах) и другой формующей оснастки в качестве альтернативы сталям. Такое использование оправдано для изготовления компонентов оснастки, требующих повышенной теплоотдачи, то есть в формообразующих деталях при высоких скоростях переработки (коротких циклах литья). Кроме того, в составе литьевых форм детали из бериллиевой бронзы – частый компонент горячеканальных систем для доставки расплавленной пластмассы в формообразующую полость. При таких применениях используется важнейшее свойство бериллиевых сплавов – очень высокая теплопроводность.

Рис.1 Внешний вид бронзовых заготовок

Самой часто используемой маркой бронз является сплав БрБ2, что говорит о содержании в нем 98 процентов меди и 2 процентов бериллия. 

Особенности сплавов Cu-Be

Бериллиевая бронза является представителем типа дисперсионно-упрочняемых металлических сплавов. От других смесей металлов их прежде всего отличает наличие зависимости степени растворимости легирующих добавок от температуры материала.

Как правило, в бериллиевых бронзах содержание непосредственно элемента бериллия (Be) варьируется в пределах от 1,5 до 3 процентов. Кроме него в состав подобных бронз может входить кобальт (медь-кобальт-бериллий, МКБ-сплав) или никель (МНБ-сплав). В таких бронзах количество бериллия еще ниже – обычно до 0,8 процентов.

Как было упомянуто выше, при нагревании Cu-Be материала изменяется величина растворимости легирующих металлов, которые содержатся в его составе. Это важно для проведения закалки изделий из бериллиевой бронзы. Грамотно проведенная термообработка ведет к существенному повышению физико-механических свойств изделий и, кроме того, увеличивает предел текучести материала.

Свойства сплавов «медь – бериллий»

Ниже представлены основные характеристики бериллиево-медных сплавов, применяемым на сегодняшний день. 

- очень высокие электропроводность и теплопроводность;

- высокие показатели по износостойкости;

- хорошая сопротивляемость эффектам ползучести и усталости;

- повышенный модуль упругости;

- не обладают эффектом искрения при ударных нагрузках;

- очень большая коррозионная стойкость;

- высокая твердость и прочность.

Существует возможность улучшений характеристик бериллиевых бронз, как было сказано ранее, проведя процедуру их термообработки, а именно закалки и искусственному старению. Также разработана технология придания бронзе высокой пластичности – для этого необходимо закалить деталь при температуре около 775 градусов С.

При нормальных условиях (до закалки и старения) медно-бериллиевые сплавы характеризуются значением временного сопротивления порядка 450 МПа. Однако, этот параметр можно существенно повысить после проведения непосредственно закалки или процесса искусственного старения бронз. Так марка БрБ2 получает значение временного сопротивления в 1400 МПа после такой термообработки.

Другая ценная особенность бериллиевой бронзы - высокая теплостойкость и постоянство свойств в широком диапазоне температур. Так, при нагревании этого материала вплоть до 340 градусов С его основные характеристики практически не изменяются. При температуре в 500 градусов С свойства бериллиево-бронзовых изделий примерно соответствуют параметрам деталей из алюминиевого сплава, работающим при 20 градусах С.

Применение бронз

Бериллиевые бронзы широко используются в отраслях, требующих наличия у материала ценных свойств, описанных выше. В иных случаях можно обойтись более простыми и дешевыми материалами. Чаще всего бериллиево-медные сплавы применяются при изготовлении электронных компонентов и в электротехнике, например при выпуске:

- телекоммуникационных устройств, компонентов оптико-волоконных систем, компонентов прочих электронных устройств;

- детали соединений, пружинных контактов;

- гнездовых разъемов, деталей интегральных схем;

- деталей двигателей и прочих изделий для транспортной промышленности;

- авиационных компонентов, в том числе компонентов шасси самолетов;

- деталей оборудования, использующегося при переменных нагрузках высокой амплитуды и больших перепадах температуры;

- электродов, стержней и комплектующих оборудования для сварки повышенной надежности и долговечности;

- компонентов нефтеперерабатывающего и нефтедобывающего, в том числе бурового оборудования;

- детали резьбовых соединений, насосного оборудования в нефтепереработке и нефтехимии;

- компонентов оборудования для навигации, прочих ответственных изделий и механизмов.

Комплектующие из бериллиево-медных бронз почти наверняка находятся в каждом современном компьютере или гаджете, в том числе в смартфонах и планшетах.

Рис.2. Бериллиево-бронзовые вставки в прессформе

Также бериллиевые бронзы применяются для изготовления поршней для машин по литью металлических сплавов под давлением, прочих деталей литьевого оборудования. Применение бронзы в этом случае дает возможность избежать дорогостоящей защиты внутренней поверхности оборудования, работающего при высоких термо-механических нагрузках.

Незаменимы медно-бериллиевые сплавы при производстве оборудования для переработки пластмасс, где активно используются комбинация их прочности и теплопроводности, а также прочие ценные свойства. Существуют специальные торговые марки бронз, использующихся специально для изготовления пуансонов высокоточных и высокоскоростных прессформ для литья пластмасс под давлением. Материал CuBe находит применение и в экструзии, и в выдувном формовании, и в термоформовании, главным образом при изготовлении высокопроизводительной формующей оснастки. Его использование удорожает и усложняет оснастку, т.к. часто приходится применять комбинацию материалов вместо использования цельного стального элемента, однако оно окупается за счет повышения производительности получаемой оснастки.