Бериллиевые сплавы

БЕРИЛЛИЕВЫЕ СПЛАВЫ, сплавы на основе бериллия (Be). Промышленное применение началось в 1950-х годах. Бериллиевые сплавы содержат 5-80% Be, имеют малую плотность, большой диапазон значений модуля упругости, прочности и пластичности, сравнительно небольшую чувствительность к поверхностным дефектам, коррозионностойки. Преимущества бериллиевых сплавов по сравнению с металлическим Be обеспечиваются введением легирующих добавок. Однако многие химические элементы (Fe, Cr, Ni и др.), растворяясь в Be, сильно искажают его кристаллическую решётку, снижают пластичность сплава, увеличивают его склонность к хрупкому разрушению. Повысить пластичность Be можно легированием Al, Mg, Si, Cu, Sn и др., которые образуют с Be механические смеси с минимальной взаимной растворимостью. Структура сплава Ве-Al (в Be растворяется 4-5% Al) состоит из смеси фаз с резко выраженной разнородностью: твёрдой и прочной бериллиевой фазой, представляющей собой твёрдый раствор Al в Be, и пластичной, с низкой прочностью алюминиевой фазой. Промышленные сплавы системы Be-Al (24—43% Al), получившие название «локеллой», разработаны американским концерном «Локхид». Эти сплавы имеют высокий модуль упругости (жёсткость), по сравнению с Be более пластичны, менее чувствительны к поверхностным дефектам. Для сплава с 30% Al модуль упругости составляет 214 ГПа, предел прочности — 550 МПа, относительное удлинение — 4,5%. Свойства сплавов системы Ве-Al существенно улучшает их легирование магнием, который, растворяясь в алюминиевой фазе, повышает её прочность. Отечественные бериллиевые сплавы системы Al-Be-Mg (АБМ), содержащие 10-70% Be и 2- 9% Mg, разработаны в 1955-60 годах (И. Н. Фридляндер, Р. Е. Шалин, А. В. Новосёлова и др.). Сплавы АБМ в зависимости от содержания Be имеют плотность 2000-2400 кг/м³, модуль упругости 150-300 ГПа, характеризуются высокой удельной прочностью и жёсткостью, повышенным сопротивлением акустическим и ударным нагрузкам, малой чувствительностью к концентраторам напряжений. Наиболее высокой прочностью обладают сплавы Ве-Al, легированные совместно Mg и Zn (сплавы АБМЦ). Введение Li в бериллиевые сплавы позволяет уменьшить содержание Be, сохраняя высокие механические и технологические свойства АБМ и АБМЦ. Повышение прочности бериллиевых сплавов может достигаться путём дисперсионного упрочнения. Например, сплав системы Ве-ВеО (до 4% ВеО), подвергшийся такой обработке, выдерживает нагрузку в 40 МПа в течение 1000 часов при 600 °С. Материалы на основе интерметаллидных соединений Be с Nb, Та, Zr отличаются ещё большей жаропрочностью, они способны работать длительное время при 1100-1550 °С и короткое время при 1700 °С.

Изделия и полуфабрикаты из бериллиевых сплавов изготавливают в основном методами порошковой металлургии, реже литьём. Изделия из высокопрочных дисперсно-упрочнённых бериллиевых сплавов получают обработкой давлением горячепрессованных заготовок при 1010-1175 °С. Бериллиевые сплавы применяют в качестве конструкционных материалов в авиа- и ракетостроении (например, обтекатели сверхзвуковых самолётов, тормозные диски самолётных шасси, носовые конусы и оболочки ракет), в точном приборостроении (гироскопические устройства, системы наведения и управления ракетами) и др.

Из-за высокой токсичности Be работы с бериллиевыми сплавами должны производиться в строгом соответствии с установленными для них санитарными нормами и правилами гигиены труда.

Лит.: Папиров И. И. Бериллий в сплавах. М., 1986; Строение и свойства авиационных материалов / Под редакцией А. Ф. Белова, В. В. Николаенко. М., 1989.