
- •1 Конструкційна міцність і шляхи її підвищення
- •1.1 Загальні положення
- •1.2 Конструкційна міцність матеріалів
- •1.2.1 Загальні положення
- •1.2.2 Механічні властивості та способи їх
- •1.3 Методи підвищення конструкційної
- •1.4 Залізовуглецеві сплави основні конструкційні
- •1.4.1 Загальні положення
- •1.4.2 Вуглецеві сталі
- •1.4.3 Чавуни
- •2 Термічна обробка
- •2.1 Загальні положення термічної обробки
- •2.2 Перетворення при нагріванні і охолоджуванні сталі
- •2.2.1 Утворення аустеніту при нагріванні
- •2.2.2 Перетворення аустеніту при охолоджуванні
- •2.2.3 Перетворення мартенситу при нагріванні
- •2.3 Види термічної обробки
- •2.3.1 Відпал
- •2.3.2 Гартування
- •Vкрит.- критична швидкість гартування
- •2.3.3 Відпуск
- •2.3.4 Дефекти термічної обробки
- •2.4 Поверхневе зміцнення
- •2.4.1 Загальні положення
- •2.4.2 Поверхневе гартування
- •2.4.2.1 Гартування з індукційним нагрівом
- •2.4.2.3 Поверхневе гартування в електролітах
- •2.4.2.4 Гартування з нагрівом лазерним променем
- •2.4.3 Хіміко-термічна обробка (хто)
- •3 Леговані сталі
- •3.1 Загальні положення
- •3.2 Конструкційні сталі
- •3.2.1 Сталі підвищеної оброблюваності
- •3.2.2 Низьковуглецеві сталі для цементації
- •3.2.3 Середньовуглецеві сталі для поліпшення
- •3.2.4 Ресорно-пружинні сталі
- •3.2.5 Підшипникові сталі
- •3.2.6 Високоміцні сталі
- •3.2.7 Зносостійкі сталі та сплави
- •3.3 Інструментальні сталі
- •3.3.1 Загальні положення
- •3.3.2 Сталі для різального інструменту
- •3.3.2.1 Вуглецеві і леговані інструментальні сталі
- •3.3.2.2 Швидкорізальні сталі
- •3.3.3 Штампові сталі
- •3.3.4 Сталі для вимірювальних інструментів
- •3.3.5 Тверді сплави
- •3.4 Спеціальні сталі
- •3.4.1 Корозійностійкі (нержавіючі) сталі
- •3.4.2 Жаростійкі сталі і сплави
- •3.4.3 Жароміцні сталі і сплави
- •3.4.4 Магнітні сталі і сплави
- •4 Кольорові метали і сплави
- •4.1 Алюміній і сплави на його основі
- •4.1.1 Загальна характеристика алюмінію
- •4.1.2 Алюмінієві сплави
- •4.2 Магній і сплави на його основі
- •4.2.1 Загальна характеристика магнію і його сплавів
- •4.2.2 Магнієві сплави, що деформуються
- •4.2.3 Ливарні магнієві сплави
- •4.3 Титан і сплави на його основі
- •4.3.1 Загальна характеристика титану і його сплавів
- •4.3.2 Промислові титанові сплави
- •4.4 Берилій і сплави на його основі
- •4.4.1 Властивості берилію
- •4.4.2 Берилієві сплави
- •4.5 Мідь і її сплави
- •4.5.1 Загальна характеристика міді і її сплавів
- •4.5.2 Латунь
- •4.5.3 Бронзи
- •Література
- •Курс лекцій з дисципліни
- •108/2007. Підп. До друку Формат 60х84/16.
- •84313, М. Краматорськ, вул. Шкадінова, 72
4.4 Берилій і сплави на його основі
4.4.1 Властивості берилію
Берилій – метал сірого кольору, що володіє поліморфізмом. Низькотемпературна модифікація Веα, існуюча до 1250°С, має гексагональну щільно упаковані грати з періодами а = 0,2286 Нм; с = 0,3584 Нм. Високотемпературна модифікація берилію Веβ (1250…1284°С) кристалізується з утворенням об'ємноцентрованих кубічних грат.
Берилій відноситься до числа рідкісних металів, оскільки вміст його в земній корі не перевищує 0,0005%. Це обставина, а також складна і дорога технологія витягання берилію з руд визначають його високу вартість.
За питомою міцністю берилій перевершує високоміцні сталі і всі сплави на основі інших легких металів. Питома жорсткість берилію вища у порівнянні не тільки з легкими металами, але і з металами, що володіють вищим модулем пружності (W і Мо). До того ж, високий модуль пружності берилію (Е = 310 ГПа) мало змінюється при збільшенні температури до 450°С.
Механічні властивості берилію залежать від ступеня чистоти, технології виробництва, розміру зерна і наявності текстури. На крихкість берилію великий вплив роблять домішки. Берилій має невеликий атомний радіус (0,113 Нм) і тому майже всі домішки спотворюють його кристалічні грати і знижують пластичність. Виключення складає нерозчинний в берилії алюміній, який покращує пластичність і тому використовується для легування сплавів на основі берилію.
Берилій володіє великою теплотою плавлення і дуже високою теплотою випаровування. За питомою теплоємністю він в 2,5 рази перевершує алюміній, в 4 рази – титан і в 8 разів – сталь. Теплопровідність берилію всього лише на ~12% нижче за алюміній.
Унаслідок поганого оброблювання різанням при виготовленні берилієвих виробів необхідно застосовувати твердосплавний інструмент. Зварюється берилій дуговим методом в аргоні, гелії або вакуумі.
Крім високої вартості, малої пластичності, низької технологічності та анізотропії властивостей, до недоліків слід віднести токсичність берилію. Потрапляючи в легені, він викликає важке легеневе захворювання (берілліоз).
4.4.2 Берилієві сплави
Більшість елементів, розчиняючись в берилії, спотворює його кристалічні грати, внаслідок чого збільшується його крихкість. У зв'язку з цим найбільшого поширення набули сплави берилію з практично нерозчинним в ньому при кімнатній температурі алюмінієм. Евтектика, яка утворюється в системі Al-Be при концентрації алюмінію 2,5%, складається з майже чистого алюмінію з незначною кількістю берилію і характеризується високою пластичністю. Чим більше міститься в сплавах берилію, тим вище їх міцність і жорсткість.
Промислове застосування одержали сплави, що містять від 5 до 80% Be, володіючи високими зміцнюючими властивостями і жорсткістю. Так, сплав, що містить 24% А1 (інше Be), характеризується наступними властивостями: σв = 620 МПа; σ0,2 = 510 МПа; δ = 3 %; Е = 260 ГПа.
Легування подвійних сплавів елементами, розчинними в берилієвій фазі, погіршує властивості цієї фази і сплавів в цілому, а елементами, розчинними в алюмінієвій фазі, покращує властивості сплавів. Найсприятливіше на властивості сплавів впливає додаткове легування магнієм в межах його розчинності в алюмінії. Проте значний ефект зміцнення при одночасному підвищенні пластичності спостерігається у сплавів з малою кількістю берилію. При вмісті в сплаві більше 70 % Be різко погіршується пластичність і практично не міняється міцність. Добавка 5 % Mg до сплаву з низьким вмістом берилію (30%) збільшує межу міцності від 200 до 450 МПа, а відносне подовження – від 18 до 25%. Помітно підвищується і модуль нормальної пружності (до 150…300 ГПа).
Зберігають міцність до дуже високої температури так звані берілліди. Вони є інтерметалідними з'єднаннями берилію з перехідними металами (Та, Nb, Zr й ін.). Берілліди мають високу температуру плавлення (~ 2000°С), високу твердість (500…1000 HV), жорсткість (Е=300...350 ГПа) при порівняно низькій густині (~ 2,7...5 г/см3). Проте берілліди дуже крихкі. З них виготовляють порошковою технологією дрібні і нескладні за формою деталі для гіроскопів і систем управління.