Бериллий и сплавы на его основе
Бериллий обладает полиморфизмом и имеет низкотемпературную модификацию α-Ве до температуры 1250оС, ГП кристаллическую решетку; и высокотемпературную β-Ве (1250…1284оС) с ОЦК решеткой. Сочетание хорошей удельной прочности с очень высокой удельной жесткостью (таблица 3) и рядом других полезных свойств обеспечивают его применение в самолето-и ракетостроении, приборостроении, других отраслях промышленности. Бериллий имеет также большую теплоемкость, обладает хорошей тепло-и электропроводностью, демпфирующую способность, сваривается, паяется, обладает другими ценными свойствами.
Таблица 3
Сравнительная характеристика прочностных свойств конструкционных
материалов
| Материал | sв,МПа | Е, ГПа |
ТКЛР,
 *10-6 оС-1
| Уд.прочность, sв/ρ·q,КМ | Уд. жесткость Е/ ρ·q, КМ |
| Магниевый сплав Алюминиевый сплав Титановый сплав Нержавеющая сталь Бериллий Композицион. материалы: -полимерная матрица, армированная волокнами; -дисперсионно-упрочненные на алюминиевой основе, САП; -металлическая матрица, армированная металлическими волокнами | 600..1000 300…450 1000…1600 | 100…180 65…80 120…270 | 8,5 10…12 – – – | 30…70 11..300 30…50 | 6000..12000 2100…2900 2000…8000 |
Модуль упругости бериллия Е мало изменяется при увеличении температуры до 450оС в сравнении с Е других материалов (рисунок 26).
 |
Высокая стоимость бериллия определяется его редкостью в природе и сложной технологией получения. Литой бериллий хрупок, нетехнологичен. Практическое применение находят сплавы бериллия с алюминием и небольшими добавками магния, что обеспечивает снижение хрупкости, повышение пластичности. Применяемые сплавы содержат 5…80% Ве, так как с увеличением содержания Ве в сплаве прочность и пластичность их снижается [1]. Получают промышленные сплавы методом порошковой металлургии, а полуфабрикаты – пластическим деформированием в горячем состоянии по сложной технологии: на бериллий наносят стальное покрытие, затем его деформируют прокаткой. Далее стравливают стальное покрытие. Такая технология получения Ве обеспечивает пластические свойства бериллиевых сплавов, их мелкозернистую структуру.
Легирование бериллия Ni, Co, Cu и другими элементами расширяет температурную область существования пластической низкотемпературной модификации α-Ве, что увеличивает диапазон температур горячей обработки давлением.
К недостаткам бериллия и его сплавов, помимо высокой стоимости, малой пластичности, низкой технологичности, нужно отнести токсичность. Бериллиевая пыль является сильным канцерогеном и вызывает ряд заболеваний. Поэтому при обработке бериллия на станках принимают ряд специальных мер. Использование деталей из Ве после промывки и очистки не представляет опасности.
Выпускают: литой бериллий марок БАН1 (sв =200…250МПа, Е=250ГПа); сплавы системы Al-Be-Mg— АБМ, АБМЦ (sв =400…600МПа, Е=260…270ГПа,
α =(16…19)*10-6 оС-1); металлокерамические сплавы марок ДБ, легированные Тa, Nв (sв=400…600МПа, Е=300…350 ГПа, α = (12,5…13,5)*10-6 оС-1) и другие.
Применяют сплавы бериллия для изготовления корпусов, рам гироскопических приборов, чувствительных элементов акселерометров, зеркал оптических приборов, где требуются высокая отражающая способность, низкий и стабильный ТКЛР α.
Для надежной работы акселерометров необходимо, чтобы собственная частота колебаний чувствительного элемента прибора была выше частоты изменения ускорения. Бериллий, в силу высокого значения модуля упругости Е, и обеспечивает высокую частоту собственных колебаний чувствительного элемента в сравнении с любыми другими материалами.
Примечание к теме 7. Стоимость материалов достаточно просто оценить по прайс-листу заводов изготовителей или оптовых цен сбытовых организаций. В условиях учебного процесса это часто вызывает затруднения, или даже невозможно. Поэтому можно воспользоваться относительной приближенной оценкой стоимости различных материалов. За 1 принимаем стоимость углеродной стали. Стоимость цветных металлов и сплавов в сравнении, с углеродистой сталью выше в 3…8 раз, легированных сталей – в 5 – 10 раз, титановых сплавов – в 8…12 раз, бериллиевых сплавов – в 15 – 20 и более раз.