ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НИЦ «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ» г. Москва, ул. Радио, д. 17 тел: +7(499)261-86-77 e-mail: [email protected]

БЕРИ́ЛЛИЕВЫЕ СПЛА́ВЫ

БЕРИ́ЛЛИЕВЫЕ СПЛА́ВЫ, спла­вы на ос­но­ве бе­рил­лия ($\ce{Be}$). Пром. при­ме­не­ние на­ча­лось в 1950-х гг. Б. с. со­дер­жат 5–80% Be, име­ют ма­лую плот­ность, боль­шой диа­па­зон зна­че­ний мо­ду­ля уп­ру­го­сти, проч­но­сти и пла­стич­но­сти, срав­ни­тель­но не­боль­шую чув­ст­ви­тель­ность к по­верх­но­ст­ным де­фек­там, кор­ро­зи­он­но­стой­ки. Пре­иму­ще­ст­ва Б. с. по срав­не­нию с ме­тал­лич. Ве обес­пе­чи­ва­ют­ся вве­де­ни­ем ле­ги­рую­щих до­ба­вок. Од­на­ко мн. хи­мич. эле­мен­ты ($\ce{Fe,\, Cr,\, Ni}$ и др.), рас­тво­ря­ясь в $\ce{Be}$, силь­но ис­ка­жа­ют его кри­стал­лич. ре­шёт­ку, сни­жа­ют пла­стич­ность спла­ва, уве­ли­чи­ва­ют его склон­ность к хруп­ко­му раз­ру­ше­нию. По­вы­сить пла­стич­ность Be мож­но ле­ги­ро­ва­ни­ем $\ce{Al,\, Mg,\, Si,\, Cu,\, Sn}$ и др., ко­то­рые об­ра­зу­ют с Be ме­ха­нич. сме­си с ми­ним. вза­им­ной рас­тво­ри­мо­стью. Струк­ту­ра спла­ва $\ce{Be–Al}$ (в Ве рас­тво­ря­ет­ся 4–5% $\ce{Al}$) со­сто­ит из сме­си фаз с рез­ко вы­ражен­ной раз­но­род­но­стью: твёр­дой и проч­ной бе­рил­лие­вой фа­зой, пред­став­ляю­щей со­бой твёр­дый рас­твор $\ce{Al}$ в $\ce{Be}$, и пла­стич­ной, с низ­кой проч­но­стью алю­ми­ние­вой фа­зой. Пром. спла­вы сис­те­мы $\ce{Be–Al}$ (24–43% $\ce{Al}$), по­лу­чив­шие назв. «ло­кел­лой», раз­ра­бо­та­ны амер. кон­цер­ном «Лок­хид». Эти спла­вы име­ют вы­со­кий мо­дуль уп­ру­го­сти (жё­ст­кость), по срав­не­нию с $\ce{Be}$ бо­лее пла­с­тич­ны, ме­нее чув­ст­ви­тель­ны к по­верх­но­ст­ным де­фек­там. Для спла­ва с 30% $\ce{Al}$ мо­дуль упру­го­сти со­став­ля­ет 214 ГПа, пре­дел проч­но­сти – 550 МПа, от­но­сит. уд­ли­не­ние – 4,5%. Свой­ст­ва спла­вов сис­те­мы $\ce{Be–Al}$ су­ще­ст­вен­но улуч­ша­ет их ле­ги­рова­ние маг­ни­ем, ко­то­рый, рас­тво­ря­ясь в алю­ми­ние­вой фа­зе, по­вы­ша­ет её проч­ность. Отеч. Б. с. сис­те­мы $\ce{Al–Be–Mg}$ (АБМ), со­дер­жа­щие 10–70% Be и 2–9% $\ce{Mg}$, раз­ра­бо­та­ны в 1955–60 (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 аку­стич. и удар­ным на­груз­кам, ма­лой чув­ст­ви­тель­но­стью к кон­цен­тра­то­рам на­пря­же­ний. Наи­бо­лее вы­со­кой проч­но­стью об­ла­да­ют спла­вы $\ce{Be–Al}$, ле­ги­ро­ван­ные со­вме­ст­но $\ce{Mg}$ и $\ce{Zn}$ (спла­вы АБМЦ). Вве­де­ние $\ce{Li}$ в Б. с. по­зво­ля­ет умень­шить со­дер­жа­ние $\ce{Be}$, со­хра­няя вы­со­кие ме­ха­нич. и тех­но­ло­гич. свой­ст­ва АБМ и АБМЦ. По­вы­ше­ние проч­но­сти Б. с. мо­жет дос­ти­гать­ся пу­тём дис­пер­си­он­но­го уп­роч­не­ния. Напр., сплав сис­те­мы $\ce{Be–BeO}$ (до 4% $\ce{BeO}$), под­верг­ший­ся та­кой об­ра­бот­ке, вы­дер­жи­ва­ет на­груз­ку в 40 МПа в те­че­ние 1000 ча­сов при 600 °C. Ма­те­риа­лы на ос­но­ве ин­тер­ме­тал­лид­ных со­еди­не­ний $\ce{Be}$ с $\ce{Nb,\, Ta,\, Zr}$ от­ли­ча­ют­ся ещё боль­шей жа­ро­проч­но­стью, они спо­соб­ны ра­бо­тать дли­тель­ное вре­мя при 1100–1550 °С и ко­рот­кое вре­мя при 1700 °С.

Из­де­лия и по­лу­фаб­ри­ка­ты из Б. с. из­го­тав­ли­ва­ют в осн. ме­то­да­ми по­рош­ко­вой ме­тал­лур­гии, ре­же лить­ём. Из­де­лия из вы­со­ко­проч­ных дис­перс­но-уп­роч­нён­ных Б. с. по­лу­ча­ют об­ра­бот­кой дав­ле­ни­ем го­ря­че­прес­со­ван­ных за­го­то­вок при 1010–1175 °С. Б. с. при­ме­ня­ют в ка­че­ст­ве кон­ст­рукц. ма­те­риа­лов в авиа- и ра­ке­то­строе­нии (напр., об­те­ка­те­ли сверх­зву­ко­вых са­мо­лё­тов, тор­моз­ные дис­ки са­мо­лёт­ных шас­си, но­со­вые ко­ну­сы и обо­лоч­ки ра­кет), в точ­ном при­бо­ро­строе­нии (ги­ро­ско­пич. уст­рой­ст­ва, сис­те­мы на­ве­де­ния и управ­ле­ния ра­ке­та­ми) и др.

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