4.5. Бериллий и сплавы на его основе

Бериллий – металл серого цвета, обладающий полиморфизмом. Низкотемпературная модификация - , существует до 1250 ⁰С и имеет ГПУ – решётку. Высокотемпературная -  (1250 – 1284 ⁰С), имеет ОЦК – решётку.

Плотность бериллия 1,8 г/см³.

Помимо высокой удельной прочности и жёсткости бериллий имеет большую теплоёмкость, высокую теплопроводность и электропроводность, демпфирующую способность и другие ценные свойства.

Бериллий относится к числу редких металлов. Его добывают из минерала берилла, представляющего собой двойной силикат бериллия и алюминия. В земной коре бериллия содержится 0,0005 %. Малая распространённость в природе, сложная и дорогая технология извлечения из руд, получения из него полуфабрикатов и изделий определяют высокую стоимость бериллия.

Металлургия бериллия сложна из-за его химической инертности. Слитки, полученные вакуумной переплавкой, либо обрабатывают давлением для получения полуфабрикатов, либо перерабатывают в порошок, из которого полуфабрикаты и изделия изготовляют методом порошковой металлургии.

Литой бериллий крупнозернистый и хрупкий. Для улучшения пластичности прокатку ведут при нагреве. Однако при температурах выше 700 ⁰С бериллий схватывается с инструментом. Поэтому его катают в стальной оболочке, которую затем стравливают.

Механические свойства бериллия зависят от степени чистоты, технологии изготовления, величины зерна и текстуры, его механические свойства представлены в таблице 13. На хрупкость бериллия большое влияние оказывают примеси за исключением алюминия, который применяется в качестве легирующей добавки улучшающей пластичность.

Таблица 13. Механические свойства бериллия

в , МПа	0,2 , МПа	, %
280 - 700	230 - 680	2 – 40

Бериллий, полученный методом зонной плавки за 8 проходов, имеет чрезвычайно высокую пластичность  = 140 %.

Бериллий, полученный методом порошковой металлурги, имеет мелкозернистую структуру и более высокие механические свойства.

Чистый спечённый бериллий с чрезвычайно мелкозернистой структурой (зерно 1 – 3 мкм) обладает склонностью к сверхпластичности. При температуре 600 – 700 ⁰С и малых скоростях деформации пластичность  = 300 %.

Пластичность полуфабрикатов из спеченного бериллия зависит от технологии горячей обработки давлением

Сваривается бериллий дуговой сваркой в аргоне, гелии или в вакууме.

Бериллий токсичен, попадая в легкие, он вызывает тяжёлое лёгочное заболевание – бериллиоз. На коже бериллиевая пыль вызывает зуд, а попадая в ранки – опухоли и язвы. В связи с этим обработку бериллия на металлорежущих станках ведут в специальных помещениях и специальных пылезащитных костюмах и масках.

По удельным прочности и жёсткости бериллий превосходит высокопрочные стали и все сплавы на основе лёгких металлов: магний, алюминий и титан. А по удельной жёсткости и металлы, обладающие более высоким модулем упругости (W и Mo).

Расчёты показали, что самолёт, изготовленный на 80 % из бериллия, будет в два раза легче, чем из алюминия. При этом на 40 % увеличивается дальность полёта и значительно увеличивается грузоподъёмность.

Бериллий применяют в консолях крыльев, элеронов, тягах управления сверхзвуковых самолётов, в ракетной технике из него изготавливают панели обшивки, промежуточные отсеки, соединительные элементы, приборные стойки. В качестве теплозащитного материала – головные части ракет, передние кромки крыльев самолётов, оболочки кабин космонавтов.

Прочность бериллиевой проволоки диаметром несколько микрометров достигает 1300 МПа, что открывает еще одну область применения бериллия – армирование композиционных материалов на основе алюминия, титана и др., которые находят большое применение в ракетной и космической технике.

Слабая способность бериллия поглощать тепловые нейтроны обуславливает его применение в атомной технике.

Практическое значение нашли сплавы, содержащие 20 – 40 % алюминия. Так, сплав, содержащий 24% Al, имеет: _в = 620 МПа, _0,2 = 510 МПа,  = 3 %, Е = 260 Гпа.