Бериллий в сплавах. Справочник

Папиров И.И.

Энергоатомиздат, 1986 г.

Сплавы никеля

Легирование бериллием приводит к значительному упрочнению никеля itулучшению комплекса его физических и механических свойств . Впервые это обнаружено Мазингом и Далем [9], которые запатентовали такие сплавы . Обширные исследования сплавов системы Ni -Be выполнены в нашей стране и в США.

По плотности и коррозионной стойкости сплавы системы Ni—Be близки к нержавеющим сталям, а по прочности, твердости и упругости—к высокопрочНЫМ легированным сталям. Максимальные прочность и модуль упругости сплавов никеля, содержащих 2—2,5 % Be, достигается после закалки от 1000—1100 ^°С и старения при 500—550 °С в течение 4—50 ч. По литейным свойствам и обрабатываемости сплавы Ni—Beпревосходят многие стали. Обработка давлением этих сплавов при нормальной температуре не вызывает существенных затруднений и способствует значительному их упрочнению. Старение сплавов Ni—Beпроводят при высоких температурах, поэтому их механические характеристики при повышенных температурах сохраняются . Пружинная проволока из сплавов Ni—Beхарактеризуется высокой, стабильностью упругих свойств и в этом отношении заметно превосходит стальную.

Промышленные сплавы и их применение. В нашей стране выпускается сплав Ni—2 % Be(ЭИ 996) [53]. Сплав используют в приборостроении для изготовления токоведущих контактных  пружин и упругих элементов, работающих при повышенных (до 250 ^СС) температурах.

В США изготовляют литейные и деформируемые сплавы на основе никеля, содержащие кроме бериллия   хром, углерод или титан (табл. 51).   Эти сплавы имеют хорошие литейные свойства. После термической обработки они приобретают высокие прочность и твердость. Деформируемые сплавы выпускают в виде полос и проволоки.

Физические, механические и упругие свойства   сплава беривак 520 (NiBe2) подробно описаны в работе [170].

В Англии наиболее распространенные литейные сплавы содержат до 2,75 % Be. Кроме того, в них содержится до 0,5 % С. Для улучшения обрабатываемости резанием содержание углерода может быть увеличено до 0,75—1,1 %.

Сплавы Ni—Beиспользуют в тех случаях, когда необходимо обеспечить сочетание высоких прочности, твердости, упругости и жаростойкости. Они применяются в приборостроении (диафрагмы авиационных приборов, токонесущие пружинные контакты, реле, упругие элементы), часовой промышленности, медицине (хирургические инструменты, иглы). Литые термически обработанные сплавы используют для изготовления роторов турбин, корпусов клапанов, головок алмазных буров,   армированных   сверл,   литейных форм для стекла, деталей авиационных бензонасосов и счетных машин, пресс-форм для пластмасс.

Старение.

Структурные аспекты старения сплавов никеля с 2—5 % Be изучены во многих работах (см. [9, 14, 15, 24, 35, 53, 105, 1I9J).

В ранних исследованиях о кинетике старения судили по изменению твердости и периодов решетки твердого раствора, уменьшающихся по мере выделения соединения NiBe. Период решетки выделяющейся фазы также непостоянен и зависит от режима старения. В указанных работах обращено внимание на малую скорость превращения, что создает условия для термической обработки крупных изделий.

Буйновым   и др. обнаружено появление на рентгенограммах состаренного сплава Ni—1,9 % Beаномальных двухмерных эффектов, подробно изученных затем в ряде работ.

Багаряцким и Тяпкиным с сотрудниками  с использованием рентгеновских методов подобно исследованы изменения структуры сплава Ni—2,2 % Be. Как и в сплавах Сu—Be, старение сплавов Ni—Beимеет стадийный характер: сначала образуются зоны ГП, затем метастабильная β'-фаза и при перестаривании — равновесное соединение. Образование зон ГП сопровождается возникновением блочной структуры. Взаимный разворот блоков при старении достигает 8—10°; при этом повышается уровень внутренних напряжений. В указанных работах установлено пространственное распределение выделений на ранних стадиях старения, а также подробно проанализированы эффекты аномального рассеяния, связанные с образованием квазипериодических структур.

Кинетика роста, морфология и распределение частиц β'-фазы исследованы электронно-микроскопическим методом [119]. Установлено, что в сплавах Ni—Be выделения имеют пластинчатую форму и образуют регулярные ряды, характерные для спинодального распада.

Для определения структуры выделений и кинетики распада твердого раствора бериллия и никеля Комар и Сюткин впервые применили метод автоэлектронной микроскопии [35]. Им удалось проследить за образованием зародышей новой фазы на поверхности, их ориентацией, коагуляцией, изменением плотности и размеров. Отмечена непрерывность процесса распада — от обогащения поверхности атомами бериллия до полного выделения частиц новой равновесной фазы.