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.

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. 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.