9.2.3. Сплавы бериллия

Бериллий легко образует сплавы со многими металлами, прида­вая им высокую твердость, прочность, жаростойкость и коррозион­ную стойкость. Лишь несколько легирующих элементов - медь, ни­кель, кобальт, и в меньшей мере железо, - образуют твердые раство­ры в бериллии. Большинство сплавов типа твердых растворов суще­ственно прочнее по сравнению с рафинированным металлом (из ко­торого удалены примеси). Однако легированием не удалось улучшить пластичность, - и был сделан вывод о невозможности этого.

Бериллий образует множество интерметаллических соединений, которые часто играют важную роль как при разработке сплавов, так и при получении бериллиевых композитов. Например, возможность получения композитов Ве-Ti ограничена вследствие образования значительного количества ТiВе₁₁ при температуре выше 705 °С.

Алюминий является главной легирующей добавкой, не образу­ющей интерметаллического соединения с бериллием. Он почти не растворяется в твердом бериллии, так же как бериллий в алюминии, - таким образом сплавы Ве - А1 являются, по существу, смесью чистых металлов.

С

Рис. 86. Свойства сплава Be – Al в зависимости от содержания алюминия:

а, б – в состоянии после деформации; в- после термической обработки

плавы Ве - А1 обычно получают методом быстрой кристаллиза­ции, в результате которой образуется дисперсная смесь достаточно чистых бериллия и алюминия. В закристаллизованном материале алю­миний, как правило, образует непрерывную сетку, но последующая тер­мообработка приводит к возникновению двух смешанных фаз. Механические свойства сплавов определяются содержанием алю­миния, как это показано на рис. 86 для деформированного и отож­женного материала. Из гра­фика видно, что свойства при растяжении, включая модуль упругости, умень­шаются с увеличением со­держания алюминия. Наиболее часто исполь­зуемый сплав Ве - А1, имену­емый локаллоем, содержит 38 % (по массе) А1; его полу­чают в виде прессованных заготовок и горячекатаных листов. Эти сплавы были ис­пользованы в некоторых космических кораблях, глав­ным образом благодаря хо­рошей экструдируемости, легкости механической об­работки, лучшей формуемости по сравнению с нелеги­рованным бериллием. Одним из широко при­меняемых сплавов бериллия является бериллиевая бронза - материал, позволяющий решить многие сложные технические задачи. Бериллиевыми бронзами называют сплавы меди с 1…3% бериллия. В отличие от чистого бериллия они хорошо поддаются механической обработке, из них можно, на­пример, изготовить ленты толщиной всего 0,1 мм. Разрывная прочность этих бронз больше, чем у многих легированных сталей. Еще одна при­мечательная деталь: с течением времени большинство материалов, в том числе и металлы, «устают» и теряют прочность. Бериллиевые брон­зы - наоборот. При старении их прочность возрастает. Из них делают пружины, рессоры, амортизаторы, подшипники и многие другие изде­лия, от которых требуется большая прочность, хорошая сопро­тивляемость усталости в широком интервале температур, высокие элек­тро- и теплопроводные характеристики. Одним из потребителей этого сплава стала авиационная промышленность: утверждают, что в совре­менном тяжелом самолете насчитывается больше тысячи деталей из бериллиевой бронзы. Но, к сожалению, есть факторы, ограничиваю­щие применение бериллия, они вполне реальны и не учитывать их нельзя. Это, прежде всего, хрупкость металла. Она намного усложняет процесс его механической обработки, затрудняет получение больших листов бе­риллия и сложных профилей, необходимых в тех или иных конструкци­ях. Предпринимаются упорные попытки устранить этот недостаток. Но, несмотря на некоторые успехи ( изготовление металла высокой чисто­ты, различные технологические усовершенствования), получение плас­тичного бериллия продолжает оставаться трудной проблемой.

Второе - токсичность бериллия. Допустимые пределы содержа­ния бериллия в воздухе очень малы - всего 0,001 мг/м³. Это значи­тельно меньше допустимых норм для большинства металлов, даже таких токсичных, как свинец. Тщательный контроль за чистотой воздуха, особые системы вентиляции, возможно большая автомати­зация производства - все это позволяет успешно бороться с токсич­ностью бериллия и его соединений.

И наконец, третье, и очень важное - высокая стоимость берил­лия. Цена 1 кг его в США на сегодня составляют более 300 долла­ров, то есть бериллий в несколько раз дороже титана.

Между тем рост потребления всегда приводит к технологичес­ким усовершенствованиям, которые, в свою очередь, способствуют уменьшению издержек производства и цены. В будущем спрос на бериллий возрастет еще больше: ведь этот металл человечество на­чало применять всего несколько десятилетий тому назад. И, конеч­но, достоинства бериллия возьмут верх над его недостатками. Те­перь несколько (их может быть гораздо больше!) ответов на вопрос: «Что может нам дать бериллий?». Самолет, вес которого вдвое мень­ше обычного; ракетное топливо с наивысшим удельным импульсом; боевые блоки ракет, которые в 2...2,5 раза легче алюминиевых; пружины, способные выдержать до 20 миллиардов (!) циклов нагруз­ки, - пружины, не знающие усталости, практически вечные.

В 30-х годах академик А. Е. Ферсман назвал бериллий метал­лом будущего. Сейчас о бериллии можно и должно говорить как о металле настоящего [67 - 70].

9.3. ТИТАН И ЕГО СПЛАВЫ