Bronzo al berillio: composizione, proprietà e applicazione

Nella nostra recensione ci soffermeremo più in dettaglio sulle caratteristiche e sui parametri fisico-chimici della lega rame-berillio, meglio conosciuta come bronzo al berillio. Parliamo delle caratteristiche fisiche e chimiche, nonché del campo di applicazione di questa composizione unica.

Il bronzo al berillio è una lega rame-berillio contenente dallo 0,5 al 3% di berillio, in alcuni casi possono essere aggiunte altre impurità. Bronzo al berillio è diverso:

1. Densità e resistenza aumentate, combinate con caratteristiche amagnetiche e una completa assenza di scintille.
2. È in grado di subire qualsiasi tipo di lavorazione: taglio e sagomatura.
3. La lega è ampiamente utilizzata per la fabbricazione di strumenti, inclusi strumenti musicali, nonché strumenti di alta precisione e proiettili per armi da fuoco.
4. Il rame-berillio ha anche trovato la sua applicazione nelle tecnologie aerospaziali.

Il bronzo al berillio appartiene al gruppo delle cosiddette composizioni indurenti per dispersione... La loro caratteristica distintiva è la dipendenza dal riscaldamento del grado di solubilità degli ingredienti di lega.

Quando la tempra viene eseguita da una sezione monofase in un solido, si forma un numero eccessivo di atomi del componente principale della lega rispetto allo stato di equilibrio di tale sistema. La soluzione solida concentrata risultante è caratterizzata da instabilità termodinamica e tendenza alla decomposizione; all'aumentare del livello di temperatura si attiva questo processo. L'effetto compattante è spiegato dalla dispersione dei precipitati ottenuta per decomposizione delle sostanze.

La formula chimica del bronzo al berillio è BrB2, la sua composizione è dettagliata nell'attuale GOST.

La lega include i seguenti ingredienti:

• rame 97-98%;
• berillio 1,9-2,1%;
• nichel 0,2-0,5%;
• meno dello 0,5% di additivi.

Le composizioni rame-berillio più comunemente usate contenenti il ​​2% di berillio, nonché le leghe rame-berillio-cobalto, dove la percentuale di berillio non supera lo 0,8%. La prima lega è chiamata bronzo al berillio altolegato, la seconda appartiene al gruppo dei gradi bassolegati.

Il rame al berillio ha le seguenti caratteristiche fisico-chimiche.

1. Conduttività elettrica e termica sovrastimata. Secondo questi parametri, la sostanza è solo leggermente inferiore al rame.
2. Limite elastico aumentato.
3. Assenza di scintille durante lo shock meccanico.
4. Elevati parametri di resistenza alla corrosione, durezza e resistenza temporanea.

Tutte queste caratteristiche si manifestano al massimo per tutti i momenti in cui il bronzo al berillio è sottoposto a vari metodi di lavorazione e tempra. Ad esempio, con l'invecchiamento artificiale, tali sostanze raggiungono la loro massima plasticità dopo la tempra, che viene effettuata a una temperatura di circa 770 gradi - in questo stato, il bronzo al berillio è estremamente leggero.

La resistenza tipica della sostanza corrisponde a 450 MPa. Questo parametro raddoppia durante i processi di deformazione plastica della lega del 35-50%. Di conseguenza, dopo l'invecchiamento, che viene effettuato immediatamente dopo il completamento del processo di indurimento, le proprietà meccaniche del berillio diventano estremamente elevate.

I parametri della composizione rame-berillio, fondamentali per l'industria, sono lungi dall'essere limitati a quelli elencati. Tutte le leghe di bronzo, la cui struttura include il berillio, sono caratterizzate da un'elevata resistenza al calore: i prodotti realizzati con esse possono funzionare senza modificare le loro capacità a temperature fino a 340 gradi Celsius. E quando riscaldato a 500 gradi, le proprietà meccaniche e la densità di qualsiasi bronzo al berillio diventano completamente identiche nelle loro prestazioni all'alluminio, così come alle composizioni stagno-fosforite a una temperatura operativa standard di circa +20 gradi.

Questa proprietà consente l'utilizzo del bronzo al berillio per la produzione di getti sagomati di altissima qualità.

Le leghe di berillio sono facilmente suscettibili di qualsiasi lavorazione meccanica (taglio, brasatura e saldatura). Sebbene ci siano alcune restrizioni sull'esecuzione delle manipolazioni elencate. Pertanto, qualsiasi lega di berillio dovrebbe essere brasata immediatamente dopo il completamento dello stripping meccanico. In questo caso, assicurati di utilizzare la saldatura all'argento e il flusso. È importante che i sali di fluoro siano sempre presenti nel flusso stesso. Negli ultimi anni si è diffusa la cosiddetta brasatura sottovuoto, che viene eseguita sotto uno spesso rivestimento di fondente. In questo modo è garantita la qualità unica del prodotto.

Ma al giorno d'oggi, la saldatura ad arco elettrico non viene praticamente utilizzata quando si lavora con rame al berillio, poiché ha un intervallo termico di cristallizzazione significativo. La saldatura di cordoni, punti e rulli in mezzi inerti è stata completamente padroneggiata. Va aggiunto che le specifiche caratteristiche meccaniche del materiale non consentono lavori di saldatura immediatamente dopo il trattamento termico del bronzo - questo dovrebbe essere sicuramente ricordato quando si pensa alla tecnologia della loro lavorazione.

Il seguente indicatore merita particolare attenzione: velocità di raffreddamento. Questo indicatore dovrebbe essere estremamente nitido per prevenire la decomposizione della composizione solida sovrasatura. Ecco perché, quando si selezionano i mezzi di tempra funzionanti, prima di tutto, si dovrebbe procedere dagli indicatori di velocità critici.Questi dati confermano che durante la tempra del bronzo, le velocità massime di raffreddamento dovrebbero essere comprese tra 500 e 250 gradi.

I processi lenti in questo intervallo portano al rilascio anticipato dell'indurente e causano una diminuzione della capacità di indurire ulteriormente. La velocità critica di raffreddamento, che consente di ottenere una combinazione ottimale di caratteristiche fisiche e tecniche, corrisponde a 30-60 g/s per rame con aggiunta di berillio. Per ottenere il valore desiderato, la lega viene solitamente raffreddata in acqua. Al fine di ridurre i parametri critici di velocità, alla lega viene solitamente aggiunto un po' di cobalto. Le aggiunte minime di tale metallo aumentano la stabilità della soluzione superraffreddata. Allo stesso modo, le impurità di magnesio possono influenzare la durata del bronzo.

Visivamente, il bronzo al berillio sembra una lega colorata, che insieme utilizzato nella fabbricazione di elementi a molla, filo, barre e alcuni altri elementi necessari per mantenere la configurazione. Con frequenti deformazioni e sovraccarichi costanti, tale filo ha una maggiore conduttività elettrica, viene utilizzato nei contatti a bassa frequenza per la produzione di connettori elettrici.

Rame al berillio forte non magnetico ma antiscintilla trovarono ampia applicazione nella fabbricazione di pinze, scalpelli di coltelli, martelli e chiavi inglesi. Lega ottimale per maneggiare alcune sostanze esplosive, ad esempio, negli elevatori del grano, nelle piattaforme petrolifere o nelle miniere di carbone.

Uso comune della lega per apparecchiature criogenicheutilizzato alle temperature più basse. Ad esempio, camion frigoriferi. L'importanza dell'uso del rame-berillio in quest'area è spiegata dalla sua forza e dalla maggiore conduttività termica in questo intervallo di temperatura.

Usa la composizione per la produzione di proiettili. Sebbene tale applicazione sia piuttosto insolita, poiché un proiettile d'acciaio è più economico e allo stesso tempo ha caratteristiche piuttosto simili. Il filo di rame-berillio è disponibile in diverse forme contemporaneamente. Può essere riccio o piatto, tondo o quadrato; sono in vendita vari strati dritti, nonché rotoli o rotoli.

Informazioni interessanti sul berillio sono presentate nel seguente video.