Бериллиевая бронза

Классификация бронзы

По химическому составу различают:

По технологическому признаку бронзы делятся на:

Деформируемые – хорошо поддающиеся механической обработке: штамповке, рифлению, ковке. Содержание олова в них не более 6%, что обеспечивает необходимую пластичность. Из деформируемых оловянных бронз изготавливают листы, бронзовую проволоку, бронзовый пруток, бронзовую ленту.

Литейные – предназначенные для фасонных отливок. Из литейных оловянных бронз делают различные детали для машин, работающих в соленой морской воде, вкладыши подшипников, шестерёнки.

Основные легирующие компоненты

Основной компонент, который определяет большую часть технических характеристик бронз – медь. Для придания сплаву необходимых параметров применяют специальные добавки – легирующие компоненты. Одним из распространенных легирующих компонентов, содержащихся в бронзе, является олово. Именно из оловянных бронз производили отливку колоколов и называли «колокольной» бронзой.

Также в качестве легирующего элемента могут быть использованы:

• Be – бериллий. Повышает прочность бронзы.
• Si – кремний и Zn, цинк для повышения устойчивости поверхности к истиранию. Эти же элементы увеличивают текучесть бронз, что положительно сказывается на качестве литья.
• Pb – свинец. Повышает антикоррозионные свойства металла.
• Al – алюминий. Повышает устойчивость к коррозии, устойчивость к окислению при высоких температурах и уменьшает реакцию металла с соединениями серы и продуктами выхлопа двигателей.

Процентное соотношение компонентов бронз

Процентное соотношение элементов, также как и химический состав, закладывается в аббревиатуру марки сплава. В ней не указывается процентное содержание основного элемента – меди, но указывается содержание всех легирующих элементов в процентном соотношении.

К примеру, в марке БрО3Ц12С5 содержание компонентов такое:

• олово – 3%;
• цинк – 12%;
• свинец – 5%;
• остальные 80% приходятся на медь.

Количество процентов меди в сплаве оказывает влияние на его цвет. Чем больше меди, тем более яркий золотистый цвет имеет бронза. При содержании меди 50% цвет сплава станет белым, близким к цвету серебра. В соответствии с поставленными задачами можно получить различный цвет металла путем варьирования процентного соотношения легирующих элементов и меди.

По химическому составу

Исходя непосредственно из химического состава бронзы, выделяют следующие ее разновидности.

Оловянная. В составе материала данного подвида присутствует 3,5-7% олова. Сплав может похвастаться высокой прочностью, надежностью и упругостью после предварительно проведенной обработки давлением. Материал обладает отличными литейными качествами. Усадка может достигать 1% (как в случае с литейным чугуном).

• Безоловянная. В данную категорию входят такие разновидности сплавов, в химическом составе которых нет дорогого олова. Вместо него включают более доступные и недорогие материалы.
• Алюминиевая. Максимально пластичный материал. Его литейные свойства оказываются более низкими, нежели у дорогой оловянистой бронзы, однако в составе отсутствуют микропоры. В составе предусмотрен никель, фосфор и железо – компоненты, улучшающие свойства алюминиевого сплава.
• Кремниевая. Высокопрочный подвид материала, устойчив к появлению коррозии, является электропроводным. Материал не боится низких или высоких температур, щелочной среды. Чтобы металл имел более высокие прочностные характеристики, химический состав дополнительно легируют марганцем и обрабатывают путем холодной деформации.
• Берилловый сплав разрешено подвергать термической обработке с применением закалки и искусственного старения. Основным недостатком данного вида можно считать высокую стоимость бериллия.

По обработке

Бронзовые сплавы разделяются, исходя из типов обработки.

• Деформируемая. В производстве деталей из бронзы используется такие популярные технологии, как ковка, протяжка, резка, фрезеровка.
• Литейная. Отдельный вид бронзового сплава. Детали, которые состоят из этого металла, изготавливают путем металлургии.

По структуре

Разные виды бронзовых сплавов разделяются и по своей структуре. Выделяют следующие варианты.

• Однофазные. Имеющиеся в таком металле компоненты в твердом растворе формируют только одну определенную фазу.
• Двухфазные. Продукцию получают при помощи литья, потому что деформируется она исключительно под воздействием высоких температурных показателей. Из двухфазного сплава возможно получить отливки максимально сложных и замысловатых конфигураций.

Как производят

Металл льют из чистых компонентов либо из сплавов в форме чушек.

• Прежде всего, медь добывают на месторождениях. Она достаточно часто встречается. Ее добывают из самородной меди и минералов. Из последних получают металл несколькими путями. Самые распространенные – окислительный отжиг и огневое рафинирование.
• Затем определяют состав шихты. Это зависит от состава марки и от имеющегося сырья.
• Плавку меди проводят в специальных печах. Процесс проходит в несколько этапов:

1. Загрузка. Сырье загружают в сухие прогретые тигли.
2. Расплавление. Плавку ведут с добавлением древесного угля (флюса), чтобы металл меньше окислялся.
3. В хорошо прогретый металл вводят фосфористую медь, играющую роль кислотного катализатора.
4. После выдержки при высокой температуре вводят предварительно нагретые легирующие и связующие компоненты (лигатуры).
5. Жидкий металл отливают в песчаные или металлические формы.

Сфера применения

Бронза легко плавится и с равномерностью заполняет форму для слитка. Получаются слитки круглой и плоской конфигурации. Далее их подвергают ковке, прокатке, прессованию. Широк сортамент бронзового проката:

• лента и проволока;
• трубы;
• втулки;
• прутки.

Свойства и применение бронз

Классификация бронзы помогает определить, какие изделия для какой отрасли нужно изготовить.

Используют бронзовые сплавы в машиностроительной и судостроительной отрасли, авиационной технике и при изготовлении ракет.

Виды бронзы

Устойчивость к механическим и динамическим нагрузкам и высокая стойкость к коррозии, позволяет применять детали из бронзы в механизмах машин и приборов в подвижных узлах, подверженных усиленному трению. Из безоловянных бронз с содержанием алюминия производят изделия для приборов, используемых в химической отрасли, а также регулирующей и запорной арматуры в системах отопления и трубопроводах.

Бронзовый сплав устойчив к механическим повреждениям и неблагоприятным внешним метеоусловиям, поэтому его применяют для отливки скульптур, статуй и барельефов. Бронза обладает хорошими текучими свойствами, аккуратно и точно заполняет формы для заливки, поэтому из неё получаются изделия сложных конфигураций (художественное литьё – люстры, торшеры, статуэтки, картины-миниатюры и др.).

Великолепно смотрятся бронзовые балюстрады, декоративные элементы лестниц и карнизов. Предметы интерьера – подсвечники, вешалки, рамы для зеркал и картин. Бронзовые детали мебели придают некоторую винтажность и роскошь помещению.

Маркировка бронз

Безоловянные (ГОСТ 493, ГОСТ 17328,ГОСТ 18175)
Марка	Краткое обозначение марки
БрА5 БрА7	БА5 БА7
БрАЖ9—4; БрА9ЖЗЛ; БрА10ЖЗ; БрА10ЖЗр	БАЖ
БрАЖН10—4—4; БрАЖНМц9—4—4—1; БрА10Ж4Н4Л; БрА9Ж4Н4Мц1; БрА11ЖбНб	БАЖН
БрАЖМц10—3—1,5; БрА10ЖЗМц2	БАЖМц
БрМц5 БрКд1 БрБ2	БМц БКд ББ
БрБНТ1,7; БрБНТ1,9; БрБНТ1,9Мг	ББН
БрКН1-3 БрКМцЗ—1 БрМг0,З БрСр0,1 БрХ1	БКН БКМц БМг БСр БХр
БрХ1Цр; БрХЦрКа; БрЦр	БЦр
БрАМц10—2; БрА10Мц2Л; БрАМц9—2; БрА9Мц2Л	БАМц
БрА7Мц15ЖЗН2Ц2 БрС30 БрСуЗНЗЦЗС2ОФ БрНК1,5—0,5	БАМц15 БС БСуС БНК
Оловянные (ГОСТ 613, ГОСТ 5017)
Марка	Краткое обозначение марки
Бр0ЗЦ12С5	Б0З
БрОЦС4—4—2,5; БрОЦС4—4—4; Бр04Ц7С5	Б04
Бр05Ц5С5	Б05
Бр06Ц6СЗ; Бр06Ц6С2х	Б06
Бр0Ц4—3 Бр08Ц4 Бр010Ц2 Бр0ЗЦ17С5Н1 Бр04Ц4С17 Бр05С25	Б0Ц4 Б0Ц8 Б0Ц10 Б0ЗН Б04С Б05С
Бр08С12; Бр08С21	Б08С
Бр010С10 Бр010Ф1 Бр0Ф2—0,25 Бр0Ф4—0,25 Бр0Ф6,5—0,15 Бр0Ф6,5—0,4 Бр0Ф7—0,2 Бр0Ф8,0—0,3 БрМц07—3	Б0С10 Б0Ю Б0Ф2 Б0Ф4 Б0Ф6 Б0Ф6 Б0Ф7 Б0Ф8 Б0Мц

3 В каких отраслях промышленности используются медно-бериллиевые сплавы?

Описываемые бронзы, имеющие уникальные свойства, применяются в тех промышленных сферах, где к деталям из них предъявляются повышенные требования. Процесс производства медно-бериллиевых композиций является достаточно дорогим, поэтому их используют только в “особых” случаях.

Наиболее активно они эксплуатируются в электронных и электрических изделиях:

• в телекоммуникационной оптико-волоконной технике;
• в различных соединителях, пружинных контактах;
• в разъемах гнездового типа для создания интегральных схем.

Также без бериллиевых композиций нынче не обходится ни одно портативное электронное устройство, будь то ноутбук, планшетный компьютер, сотовый телефон или коммуникатор. Из сплавов меди и бериллия можно производить миниатюрные детали, которые как раз и требуются для указанных устройств.

Фото сплава меди и бериллия

Находят рассматриваемые бронзы применение и при изготовлении оборудования для добычи нефти, а также бурильных установок. Коррозионная стойкость, высокая антифрикционность и прочность – вот те свойства систем “Cu–Be”, которые интересуют буровиков и нефтяников. Обычно из медно-бериллиевых сплавов производят вспомогательные бурильные приспособления, бурильные трубы и резьбовые соединения для них, опоры насосов для перекачки нефти.

Другие сферы применения сплавов на основе меди и бериллия:

• Автомобилестроение. В наши дни уровень компьютеризации транспортных средств постоянно повышается. И здесь трудно обойтись без миниатюрных и при этом максимально надежных деталей, которые делают из бериллийсодержащих композиций. В любом ТС они присутствуют в виде компонентов электронных схем различных автомобильных систем и элементов современных двигателей.
• Машино- и авиастроение. Бронзы в данных отраслях незаменимы для конструкций, которые эксплуатируются в условиях переменных температур и нагрузок. К таковым относят элементы шасси летательной техники, навигационные приборы самолетов, ответственные компоненты машин и механизмов.
• Контактная сварка. Высокая электропроводность и жаропрочность бериллийсодержащих сплавов (такие свойства особенно присущи низколегированным бронзам) обуславливают их востребованность при производстве электродержателей и сварочных стержней, которые характеризуются длительным сроком эксплуатации. Такие электроды рекомендованы для соединения железнодорожных рельс, стали в листах, любых видов арматуры и проволоки.

На фото – бериллийсодержащий сплав

Еще одна область применения бронз с бериллием – изготовление поршней агрегатов, которые используются для выполнения литейных операций под давлением, стенок оборудования для кристаллизации машин непрерывного литья заготовок и литьевого оборудования, кокилей для литья всевозможных сложных сплавов и металлов. В данном случае отпадает необходимость в дополнительной защите стенок указанных агрегатов с целью повышения времени их эксплуатации.

Основные характеристики

Широкое применение данного материала определяется его базовыми показателями. Для бронзы характерны такие отличительные черты, как:

• высокая сопротивляемость коррозии;
• прочность;
• высокий уровень электро- и теплопроводности;
• повышенные показатели сопротивления износу;
• низкий коэффициент процесса трения;
• отличные показатели стойкости в морской воде, на открытом воздухе и в различных органических растворах;
• высокие показатели паростойкости;
• легкость в обработке.

Бронза, температура плавления которой составляет около 930-1100 градусов, имеет отличные показатели прочности и стойкости. Особенно если сравнивать ее с другими подобными сплавами.

Расшифровка сплава БрБ2 и его характеристики

Маркировка БрБ2 раскрывает состав сплава: бронза безоловянная с двухпроцентным содержанием бериллия. Содержание всех компонентов регламентировано согласно ГОСТ 18175-78.

Бронза БрБ2 нейтрально реагирует на многие агрессивные среды: растворы кислот и щелочей, морскую и пресную воду. При повышенной влажности она покрывается оксидной пленкой и темнеет, что совершенно не отражается на ее свойствах. Даже наоборот, оксидная пленка способствует большему скольжению изделий и создает дополнительную защиту.

Среди всего разнообразия бронзовых сплавов бериллиевая бронза БрБ2 ценится за ряд характерных для нее особенностей:

• механическая твердость, износостойкость, прочность, расчет на большие нагрузки;
• невосприимчивость к ржавлению и истиранию;
• удовлетворительная электрическая и тепловая проводимость;
• пластичность, пружинящие и антифрикционные свойства;
• широкие возможности для обработки — материал можно варить, паять, резать;
• высокая деформируемость при закалке.

Металл	Cu	Fe	Si	Ni	Al	Pb	Be
Процентное соотношение примесей	96.9 — 98	до 0.15	до 0.15	0.2 — 0.5	до 0.15	до 0.005	1.8 — 2.1

Литейно-технологические свойства материала БрБ2
Температура плавления:	955
Температура горячей обработки:	750-800
Температура отжига:	530-650

Механические свойства при Т=20 материала БрБ2
Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
—	мм	—	МПа	МПа	%	%	кДж/м2	—
Проволка мягкая, ГОСТ 15834-77	343-686	15-60
Проволка твердая, ГОСТ 15834-77	735-1372
Полоса мягкая, ГОСТ 1789-70	390-590	20-30
Полоса твердая, ГОСТ 1789-70	590-930	2.5
Сплав мягкий, ГОСТ 1789-70	400-600	196-344	40-50
Сплав твердый ГОСТ 1789-70	600-950	588-930	2-4

Твердость БрБ2	Пруток мягкий	ГОСТ 15835-70	HB 10 -1 = 100 — 150 МПа
Твердость БрБ2	Пруток твердый	ГОСТ 15835-70	HB 10 -1 = 150 МПа

Физические свойства материала БрБ2
Т	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	1.31	84	8200	70
100	16.6	419

Область применения

Бронзовые сплавы, благодаря разнообразию своих свойств, находят самое разное применение.

• Самое известное – материал для скульптур и множества декоративных предметов: статуэток, пепельниц, светильников, решеток, украшения перил и прочего. Литьевая бронза позволяет получить самые сложные отливки, передающие буквально поры кожи.
• В ювелирном деле материал применяется заметно реже, хотя раньше составлял едва ли не основу женских украшений.
• Бронзовая фурнитура – накладные петли, замки, ручки, краны, смесители и даже сантехника. Сплав обеспечивает не только исключительную долговечность и стойкость к коррозии предметов, но и позволяет превратить их в изящнейший элемент декора.
• Из литейной бронзы разного состава получают множество деталей – шестерни, втулки, уплотнители, части аппаратуры, предназначенные работать под водой.
• Деформируемые бронзы находят применение в высокоточной технике.
• Другие виды сплавов используются в тех областях, где привычная оловянная бронза не применяется. Так, например, бериллиевая бронза обладает куда более высокой тепло- и электропроводностью, а потому активно используется в электротехнике.

Сплав превосходно показывает себя в условиях переменных динамических нагрузок. Поэтому из бериллиевой бронзы изготавливают детали навигационных самолетных приборов, схем автомобилей и прочее.

Еще одно всем известное применение – фитинги самого разного рода. Для более активного использования в водоснабжении бронза является чересчур дорогостоящим материалом, однако наиболее ответственные узлы, а также многочисленные крепления изготавливают из медного сплава, поскольку он отличается чрезвычайной стойкостью к коррозии и подавляет активность бактерий.

Бронзы – самый старинный и известный сплав в истории человечества. Разнообразие его состава и свойств обеспечивает ему и сегодня самое широкое распространение.

О том, как отчистить изделия из бронзы, расскажет данный видеосюжет:

Промышленность

Как уже упоминалось, из-за низкой способности к усадке, оловянная бронза широко используется для изготовления пружин, подшипников, прижимных контактов.

Алюминиевая бронза дешевле, чем оловянная, но именно первый сплав имеет отличные антикоррозийные качества. Это делает его востребованным в изготовлении аппаратуры химического назначения и той, что часто контактирует с солёной морской водой.

Сплавы, имеющие высокую пластичность и упругость используются в производстве автомобильных прокладок, составляющих измерительных приборов, шестерен.

Материалы, невосприимчивые к возникновению коррозии и имеющие хорошую электропроводность, успешно применяют в электротехнической отрасли. К примеру, из бериллиевой бронзы изготавливают детали, пружинные контакты и интегральные схемы для мобильных телефонов, смартфонов и других гаджетов. По этой же причине металл используют в производстве фитинга для монтажа трубопроводов: краны, клапаны, тройники, переходники.

Черные металлы и вещества

• Вспомогательные вещества
• Железо
• Чугун

Бытовое назначение

Долговечность, твёрдость, прочность, стойкость к неблагоприятным условиям и воздействиям окружающей среды делают бронзу востребованной для изготовления уличных декоративных элементов. Встретить изделия из сплава можно практически на любой улице: фонари, скамейки, беседки, скульптуры и статуи.

Популяризация бронзовой кухонной посуды наблюдалась ещё в начале Бронзового века, присутствует эта традиция и сегодня.

Свойства[ | ]

Цвет алюминиевой бронзы соломенно-жёлтый, с красноватым оттенком, напоминающим цвет золота. Основные механические свойства в твёрдом состоянии: плотность 7500…8200 кг/м³, температура плавления 1040…1084 °C, твёрдость по Бринеллю 55…220 кгс/мм², предел прочности 20…75 кгс/мм², относительное удлинение 20…75 %.

Алюминиевые бронзы в сравнении с другими бронзовыми сплавами имеют бо́льшую прочность и коррозионную стойкость. Эти сплавы демонстрируют низкий уровень поверхностной коррозии в атмосферных условиях, низкий уровень окисления при высоких температурах и слабую способность к реакциям с сернистыми соединениями и продуктами выхлопа двигателей внутреннего сгорания.

Применение

Пример не искрящего инструмента из бериллиевой бронзы. Бериллиевая бронза — это цветной сплав, используемый в пружинах, пружинной проволоке, датчиках нагрузки и других деталях, которые должны сохранять свою форму при многократных нагрузках и деформациях. Она имеет высокую электрическую проводимость, и используется в низкоточных контактах для батарей и электрических соединителей.

Не искрящаяся, но прочная и немагнитная, бериллиевая бронза отвечает требованиям директивы ATEX для зон 0, 1 и 2. Отвертки, плоскогубцы, гаечные ключи, зубила, ножи, и молотки из бериллиевой бронзы подходят для работы рядом с взрывоопасными веществами, например, на буровых вышках, угольных шахтах и зерновых элеваторах. Другой сплав, иногда используемый для производства не искрящихся инструментов — алюминиевая бронза. По сравнению со стальными инструментами инструменты из бериллиевой бронзы дороже в производстве, уступают им в прочности и долговечности, но достоинства бериллиевой бронзы в опасных средах могут перевешивать недостатки.

Бериллиевая бронза также используется для производства:

• некоторых ударных инструментов для их последовательного тона и резонанса, особенно бубнов и треугольников;
• криогенного оборудования, используемого при очень низких температурах, такого как рефрижераторы растворения, из-за механической прочности и относительно высокой теплопроводности данного сплава в этом диапазоне температур;
• бронебойных пуль, хотя такое использование необычно, потому что пули из стали стоят гораздо дешевле и имеют схожие свойства;
• набивок, используемых для создания RF-плотного (устойчивого к утечке радиочастоты), электронного уплотнения на дверях, используемых при испытании электромагнитной совместимости и безэховых камер.

Проволока из бериллиевой бронзы выпускается в нескольких формах: круглой, квадратной, плоской и фигурной, в мотках, в катушках и в прямом виде.