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 (См. Релаксация) 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. 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 (См. Бериллиды) 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 | Предел текучести  | Предел прочности | Модуль упругости | Относительное  | | алюминия (%) | при растяжении ( | при растяжении ( | (Гн/м2) | удлинение (%) | | | Мн/м2) | Мн/м2) | | | |-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 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 | Длительная прочность (Мн/м2)  | | испытания (°С)  |-------------------------------------------------------------------- | | | 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 (См. Порошковая металлургия), 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. С англ., 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..