Реферат: Бериллий и сплавы, содержащие бериллий. Свойства, применение в химической технологии
Диаграмма состояния системы Cu–Be
Закалка с 800 °С фиксирует пересыщенный α–твердый раствор, из которого в процессе старения при 300–350 °С выделяются дисперсные частицы CuBe, образуя регулярную, так называемую квазипериодическую структуру.
Электронно-микроскопическое изображение бериллиевой бронзы после сгорания (регулярное расположение выделений)
После закалки свойства Be бронзы БрБ2: σв = 500 МПа, δ = 30%, после старения – σв = 1200 МПа, δ = 4%.
Be бронзы обладают высокими упругими свойствами. Их используют для изготовления пружин, сохраняющих упругость в широком интервале температур, в том числе в криогенных условиях. Они хорошо сопротивляются усталости и коррозии.
Bе бронзы немагнитны и не искрят при ударе. Из них изготавливают инструменты для работы во взрывоопасных средах – шахтах, газовых заводах, где нельзя использовать обычные стали (например, ручной инструмент в нефтяной промышленности).
Неискрящие и немагнитные инструменты Cu - Be сплава
Литейные Be сплавы (ЛБС), состав которых приведен в таблице «Химические составы (%, остальное – Be) литейных Be сплавов, используют для деталей корпусов оснований, рам, кронштейнов и др. Be сплавы характеризуются высокими значениями теплоемкости, которые в 1,6 раза выше, чем у сплавов Al. Теплопроводность и температуропроводность сплавов лишь незначительно уступает литейным Al сплавам.
Совокупность теплофизических характеристик Be сплавов в целом выгодно отличает их от других материалов (например, силуминов) и определяет высокую размерную стабильность в условиях возникновения температурных градиентов при эксплуатации изделий.
Коррозионная стойкость Be сплавов находится на высоком уровне. Анодная оксидированная пленка на поверхности и лакокрасочные покрытия дополнительно обеспечивают надежную защиту сплавов ЛБС от коррозии. При этом Ве бронзам присуща также высокая электропроводность.
Механические свойства литейных Be сплавов при комнатной температуре приведены в таблице «Механические свойства литейных Be сплавов», а свойства при различных температурах испытания – в таблице «Механические свойства Be сплавов при различных температурах».
Химические составы (%, остальное – Be) литейных бериллиевых сплавов
| Сплав | Al | Ni | Mg | Cu | Zr, Sc, Y, Gd, РЗМ | Примеси, не более | ||||
| Si | Fe | Mn | Ti | O2 | ||||||
| ЛБС-1 | 24–34 | 3–6 | – | – | 0,06–0,21* | 0,1 | 0,15 | 0,1 | 0,05 | 0,1 |
| ЛБС-2 | 36–24 | 3,5–4,5 | 0,6–0,8 | – | 0,03–0,12** | 0,1 | 0,15 | 0,1 | 0,05 | 0,1 |
| ЛБС-3 | 30–34 | – | 0,1–0,6 | 6–8 | 0,05–0,1 | 0,1 | 0,15 | – | – | 0,1 |
Механические свойства литейных бериллиевых сплавов
| Свойство | ЛБС-1 | ЛБС-2 | ЛБС-3 |
| σв, МПа | 220–250 | 250–320 | 270–280 |
| σ0,2, МПа | 180–220 | 220–270 | 250–270 |
| δ, % | 2–3 | 2–3 | 1,1–1,3 |
| ψ, % | 2–3 | 2–3,5 | – |
| KCU, МДж/м2 | 0,025–0,035 | 0,033–0,040 | 0,025–0,045 |
| E, ГПа | 200 | 200 | 200 |
Механические свойства бериллиевых сплавов при различных температурах
| Свойство | Сплав | Температура испытаний, °С | |||||
| –100 | 0 | 100 | 200 | 300 | 400 | ||
| σв, МПа | ЛБС-1 | 255 | 225 | 186 | 147 | 112 | – |
| ЛБС-2 | 274 | 255 | 235 | 176 | 118 | 70 | |
| σ0,2, МПа | ЛБС-1 | 235 | 196 | 145 | 120 | 103 | – |
| ЛБС-2 | 245 | 216 | 170 | 140 | 108 | 60 | |
| δ, % | ЛБС-1 | 2,8 | 2,4 | 2,5 | 2,5 | 1–2,4 | – |
| ЛБС-2 | 2,0 | 2,1 | 2,1 | 2,2 | 3,0 | 4,0 | |
Деформированные Be сплавы обладают высокой жесткостью и низкой плотностью. Эти сплавы являются перспективными для использования в некоторых элементах самолетных двигателей. Для повышения жаропрочных свойств Be используется сложное последовательное легирование.
На первом этапе выбирают оптимальный бинарный сплав.
Механические свойства двойных сплавов (остальное – Be)
| Содержаниелегирующих элементов, % | Средний размер зерна, мкм | σв, МПа | Hμпри 20 °С | |
| 20 °С | 500 °С | |||
| 6,7 Cu | 124 | 256 | 146 | 198 |
| 2,4 Ag | 186 | 282 | 209 | 215 |
| 5,8 Ni | 160 | 346 | 275 | 247 |
| 1,7 Co | 96 | 301 | 218 | 247 |
| 0,2 Fe | 347 | 307 | 125 | 180 |
Из рассмотренных двойных систем сплавы системы Be–Ni характеризуются наиболее высокими механическими свойствами как при комнатной температуре, так и при 500 °С. Ni сплав, содержащий 2% Ве, используется также для высокотемпературных пружин, зажимов, мехов и электрических контактов.
Дальнейшее упрочнение осуществляется введением Ti, образующего высокопрочные интерметаллиды TiBe12 .
Влияние Ti на прочность сплавов системы Be–Ni показано на графике.
бериллий элемент биологический сплав
Влияние Ti на прочность сплавов системы Be–Ni–Ti при 20 °С и в зависимости от содержания Ni: 1 – 4%; 2 – 6%; 3 – 8% (по И.Н. Фридляндеру)
На основе системы Be–Ni разработан сплав, имеющий марку ВБД-1 при изготовлении из литой заготовки и ВБД-1П при изготовлении из порошков со следующим химическим составом: (7,5–8,5%) Ni; (0,8–1,2%) Ti; остальное – Be.
Механические свойства сплава ВБД-1П приведены в таблице.
Механические свойства сплава ВБД-1П
| Тисп , °С | Состояние | σв, МПа | σ0,2, МПа | δ, % | KCU, МДж/м2 |
| 20 | Деформированное | 500–550 | 450–490 | 0,8–1,5 | 0,01 |
| 500 | Отожженное | 350–370 | 290–310 | 2,5–6,0 | 0,03 |
| 700 | То же | 150–170 | 100–120 | 14–18 | – |
Предел выносливости сплава ВБД-1П при 500 °С в два раза выше, чем у Ве; удельная жесткость (E/γ) при 20 °С ниже, а при 500 °С – на 10% выше, чем у Ве. Модуль упругости составляет 250 ГПа. Высокая жесткость сохраняется при темпер?