Бериллий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения

Магний и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения

Магний – металл светло-серого цвета с температурой плавления 650 ^оС, имеет плотность 1,74 г/см³, легко воспламеняется на воздухе.

Технический магний выпускается трех марок: МГ90, МГ95 и МГ96, содержащих 99,90, 99,95 и 99,96 % Мg, соответственно; обладает низкими механическими свойствами и используется в основном в пиротехнике и химической промышленности.

Для повышения механических свойств магний легируют алюминием (до 10 %), цинком (до 6 %), марганцем (до 2,5 %), цирконием (до 1,5 %) и т.д.

Магниевые сплавы (как и сплавы других цветных металлов) подразделяют по технологии получения заготовок на две группы: деформируемые и литейные.

К деформируемым относятся сплавы МА1, МА2-1 и МА14; их предел прочности составляет 190…340 МПа, а относительное удлинение – 6…20 %; поставляются в виде горячекатаных прутков, полос, профилей, поковок и штамповок.

Литейные сплавы содержат в своем обозначении букву Л (МЛ5, МЛ6, МЛ10, МЛ12) и обладают несколько худшими механическими свойствами (σ_в до 230 МПа, δ=1…5 %), но отличаются повышенной жидкотекучестью.

Деформируемые и литейные сплавы магния зачастую могут быть упрочнены на 20–35 % путем закалки с температур 380…540 ^оС и искусственного старения при 150…200 ^оС в течение 15…20 ч.

Магниевые сплавы примерно в 10–35 раз дороже рядовой стали и огнеопасны, но при этом обладают высокой удельной прочностью, технологичны, хорошо поглощают вибрации и по этим причинам широко используются в транспортном машиностроении и, особенно, в авиационной и ракетной технике (диски колес, стойки шасси и т.п.).

Бериллий – редкий металл светло-серого цвета с температурой плавления 1287 ^оС, имеет плотность 1,85 г/см³. Бериллий отличается коррозионной стойкостью на воздухе; высокой электро- и теплопроводностью, лишь несколько худшей, чем у алюминия; по удельной теплоемкости (2052 Дж/кг•К), а также удельной прочности (σ_в/ρg) и жесткости (Е /ρg) при температуре до 600 ^оС (рис. 48) превосходит все известные материалы (Е – модуль Юнга, ρ – плотность, g – ускорение свободного падения).

Рис. 48. Зависимость удельного модуля упругости от температуры для различных материалов: 1 – бериллий, 2 – КМ (углеродное волокно + эпоксидная матрица), 3 – КМ (борное волокно + эпоксидная матрица), 4 – сталь, 5 – титановые сплавы, 6 – алюминиевые сплавы, 7 – магниевые сплавы

Порошковый бериллий получают из минерального сырья путем восстановления, в том числе с помощью электролиза. Дальнейшей вакуумной дистилляцией бериллий очищают до 99,98 %. Для получения заготовок из технического бериллия применяю методы порошковой металлургии. Листовой бериллий получают горячей прокаткой, а трубы и прутки – горячим выдавливанием (экструзией), предварительно спеченных заготовок. Бериллий плохо обрабатывается резанием и требует применения твердосплавного инструмента.

Механические свойства бериллия сильно зависят от чистоты металла, технологии производства, размера частиц исходного порошка, например, заготовки сформованные из одного и того же порошка после горячего прессования имеют σ_в=240…300 МПа и δ=1…2 %, а после горячего выдавливания – σ_в=500…700 МПа и δ=5…10 %.

Серьезный недостаток бериллия, заключающийся в низкой ударной вязкости и хладноломкости может быть преодолен легированием алюминием, серебром, медью, титаном и др. элементами.

Например, деформируемый бериллиевый сплав ВБД-1П, легированный 8 % Ni и 1 % Ti, имеет σ_в=500…550 МПа, δ=0,8…1,5 %, KCU=1,0 Дж/см² и обладает вдвое большим пределом выносливости, чем технический бериллий.

Литейные бериллиевые сплавы имеют в своем обозначении букву Л (ЛБС-1, ЛБС-2, ЛБС-3) и содержат бóльшее количество легирующих элементов, главным из которых является алюминий (до 34 %); они имеют σ_в=220…320 МПа, δ=3…1 %, KCU=2,5…4,5 Дж/см².

Бериллий и сплавы на его основе применяют в аэрокосмической технике для изготовления камер сгорания, сопел, антенн; элементов обшивок и тормозных дисков самолетов; корпусов управляемых снарядов и глубоководных торпед, сбрасываемых с самолетов. Расчеты показывают, что бериллий обеспечивает трехкратный выигрыш по массе по сравнению с алюминиевыми и магниевыми сплавами, четырехкратный – по сравнению с титаном и пятикратный – по сравнению со сталью. Благодаря самому низкому из металлов поперечному сечению захвата нейтронов и самому высокому поперечному сечению их рассеяния, бериллий незаменим в атомной технике для изготовления отражателей, замедлителей и оболочек ТВЭЛов[49]. Более широкое применение бериллия сдерживается дефицитностью исходного сырья, дороговизной и сложностью его переработки, а также очень высокой токсичностью бериллиевых паров и пыли. Бериллий и его сплавы примерно в 1000 раз дороже рядовой стали.

Дата добавления: 2014-01-07