Бериллиевые бронзы: проблемы и перспективы ( статья )

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.

1. Дисперсионное упрочнение бериллиевых бронз Бериллиевые бронзы относятся к классу так называемых дисперсионно упрочняемых сплавов, характерной особенностью которых является зависимость растворимости легирующих компонентов от температуры. При закалке из однофазной области в твердом растворе фиксируется избыточное количество атомов легирующего компонента по сравнению с равновесным состоянием для данной системы. Образовавшийся пересыщенный твердый раствор термодинамически неустойчив и стремится к распаду , процесс активизируется с повышением температуры. Эффект упрочнения определяется дисперсностью выделений образовавшихся при распаде. В промышленных сплавах системы Cu-Be, как и для большинства систем с эффектом дисперсионного упрочнения, концентрационная область располагается возле границы максимальной растворимости в твердом растворе. Наиболее применяемым сплавом системы Cu-Be является сплав БрБ2 (CuBe2, alloy 25, C 17200 по зарубежным спецификациям) содержащий около 2 % бериллия обладающий в закаленном состоянии хорошей пластичностью и технологичностью и повышенными механическими свойствами в термообработанном состоянии. Для уменьшения критической скорости закалки и подавления процессов собирательной рекристаллизации при нагреве сплав дополнительно легируется Co или Ni. Дополнительного повышения уровня механических свойств можно добиться пластической деформацией перед старением (НТМО). Предел текучести увеличивается на 20-30% по сравнению закалкой со старением. Из всего описанного выше следует практическое применение подобного материала. Полуфабрикат из бериллиевой бронзы в закаленном или закаленном и деформированном состоянии методами штамповки можно превратить в изделие самой сложной формы: пружинный контакт, разъем, мембрану, - и, проведя старение, резко повысить прочность и пружинные свойства этого изделия; сохранив его форму. Контакт готов к использованию. 2. Области применения бериллиевых бронз По данным аналитического агентства Roskill мировое потребление бериллиевых бронз к началу 21 века оценивалось величиной более 20 тысяч тонн в год. Как сообщалось выше, использование бериллиевых бронз оправдано в тех случаях когда требуется: высокая электропроводность; высокая теплопроводность; высокие технические и, особенно упругие свойства; высокая коррозионная стойкость; отсутствие у материала ферро-магнитных свойств; безискровой материал. Структура потребления бериллиевых бронз по отраслям применения представлены на рис.3. Как видно из этой диаграммы основными отраслями применения являются: средства связи и коммуникации, компьютеры и компьютерная техника, электроника для автомобильной промышленности, детали промышленного оборудования и, особенно, в нефтегазовой промышленности, электрооборудование и приборостроение, аэрокосмическая и оборонная отрасли. 2.1. Средства связи и коммуникации. Самой большой областью применения медно-бериллиевых сплавов является их использование в электрических и электронных деталях, в первую очередь в пружинных контактах, переключателях, соединителях в компьютерах и оптико-волоконном телекоммуникационном оборудовании, гнездовые разъемы для соединения интегральных схем с печатной платой. Продолжающееся усложнение компьютерной техники, мобильных телефонов является важнейшим фактором, приведшим к миниатюризации электронных деталей. Это приводит к повышению спроса на медно-бериллиевые сплавы, т.е. для этих деталей требуется более мелкие, более легкие и более надежные соединители. По данным ассоциации промышленных средств связи Японии производство и торговля телекоммуникационным оборудованием с 1992 по 2000 год выросло с 2,5 до почти 4 тысяч млн. иен. 2.2. Переключатели. Треть мировых поставок переключателей для электрических схем в 1999 году приходилось на США. Рост поставок вырос с 1991 года до 1999 года с 545 до 832 млн.USD. 2.3. Пружины. Большая часть пружин, используемых в электронике изготовляется из медно-бериллиевых сплавов. По сообщениям Rare Metal News (12.2000 г) производство материалов из бериллиевых бронз для использования в пружинах, используемых в электронике в Японии с 2000 по 2001 год выросло с 1,177 до 1,191 тысяч млн. иен. 2.4. Соединители. Медно-бериллиевые бронзы используются в большой гамме соединителей широкого спектра от контактов соединения микропроцессоров с материнской платой до сверхмощных кабелей в том случае, когда определяющими являются надежность соединения. Индустрия США потребляет более 99 тысяч тонн медных сплавов для соединителей. Доля бериллиевых бронз оценивается в 11% или около 16 тысяч тонн от всего объема. В компьютерной промышленности потребление соединителей зависит от спроса на микрочипы, который постоянно растет. По оценкам ассоциации полупроводниковой промышленности (SIA) ожидается, что рынок микрочипов вырастет до 244 тысяч млн.USD. 2.5. Компьютеры. Компьютеры это один из самых больших рынков, где используются медно-бериллиевые сплавы. В компьютерах они используются в соединителях, пружинах и переключателях. Оценочно в 1999 году каждый компьютер содержал более 2г бериллия в виде бериллиевых бронз. Увеличение поставок американских компьютеров составляет в год примерно 20%. (2). 2.6. Автомобильная промышленность. Электронные детали, содержащие медно-бериллиевые сплавы применяются в компонентах двигательного отсека, электронных схемах системы безопасности автомобиля. Производство и степень компьютеризации автомобилей растет. Оно требует создания новых видов бериллиевых бронз с повышенной электропроводностью. 2.7. Бурильное оборудование. Здесь используется такие свойства бериллиевых бронз как высокая прочность, коррозионная стойкость, способность не образовывать искру. Из основного сплава Cu-Be2 изготовляют трубы, резьбовые соединения колонны бурильных труб, безискровой инструмент. Мы позволили себе привести данный, далеко не полный перечень областей применения сплавов системы медь-бериллий только с одной целью: показать, что бериллиевые бронзы востребованы в самых различных областях промышленности, а рынок потребления полуфабрикатов из бериллиевых бронз можно характеризовать как развивающийся.