НИЗКОЛЕГИРОВАННЫЕ БЕРИЛЛИЕВЫЕ БРОНЗЫ
свойства, преимущества и применение в автомобилестроении

В. Зисельман, О. Толмачев
(ОАО «Московский завод по производству цветных металлов», ООО «БериллиУМ»)

Бериллиевые бронзы относятся к классу так называемых дисперсионно-упрочняемых сплавов, особенностью которых является зависимость растворимости легирующих компонентов от температуры, что позволяет управлять свойствами бронз, как при производстве проката, так и при изготовлении изделий.

В промышленных сплавах системы Cu-Be, как и в большинстве материалов с эффектом дисперсионного упрочнения, концентрационная область располагается возле границы максимальной растворимости в твердом растворе, и соответствует примерно 2% содержания Be (рис. 1) Бронзы с таким содержанием бериллия давно известны и широко применяются. Это сплавы БрБ2, БрБНТ1,9 (стандарты России), сплав 25, сплав 165, C17000, C17200 (зарубежные спецификации). Области их применения обусловлены уникальным набором свойств - отличной прочностью, пластичностью и упругостью, а так же коррозионной устойчивостью, криогенной и циклической прочностью.
На долю автомобильной промышленности приходится около 12% мирового потребления бериллиевой бронзы и этот рынок постоянно растет. Cu-Be бронза используется для изготовления втулок и подшипников, работающих в ответственных узлах, для деталей в электрических и электронных системах автомобилей. К сожалению, нам не известны точные объемы потребления бериллиевой бронзы в российском автопроме. Наша приблизительная оценка говорит, что относительная доля потребления Cu-Be бронзы производителями автомобилей и комплектующих частей на российском рынке ниже мировой, что позволяет надеяться на хорошие перспективы. Особо следует отметить, что в последнее время все более широкое распространение, как на мировом, так и на российском рынке, находят малолегированные бериллиевые сплавы, стоимость изготовления которых, как правило, в 2-3 раза ниже, но при этом их свойства остаются на высоком уровне. Это сплавы БрНБТ (стандарты России), сплав 3, сплав 10, сплав 174, C17410, C17500, С17510 (зарубежные спецификации). Прочность этих сплавов (Таблица 1) существенно превосходит большинство сплавов (латуни, алюминиевые бронзы, сплавы меди с кремнием, оловом, хромом, фосфором и др.).

Рис. 1 Диаграммы состояния системы Cu-Be для высоколегированного (левая) и низколегированного (правая) сплава.

Таблица 1. Сравнительные характеристики медно-бериллиевых сплавов.

Показатель	СuBe	Инстр-я сталь	Латунь	БрХ	БрА	Бронзы оловян-е	Медь
Твердость по Бринеллю(НВ), Мпа	2600-3000	1100-2550	550-1800	500-1400	600-2250	600-2400	342-1050
Модуль нормальной упругости (Е), Мпа	141	-	110-118	140	100-130	75-124	65-136

Московский завод по обработке цветных металлов выпускает следующую продукцию из бериллиевой бронзы: заготовку плоскую и круглую литую, плиты горячекатаные, полосы и ленты.
В августе-сентябре планируется начало выпуска прутка и проволоки.
Сплавы, из которых изготавливаются указанные изделия и их основные свойства приведены в таблицах 2, 3.

Таблица 2. Основные компоненты бериллиевых бронз:

Марка (международные	Массовая доля основных компонентов, %
стандарты)	Be	Ni	Co	Fe	Si	Тi	Al	Cu
C17000	1,6-1,79	**	**	***	0,2	-	0,2	баланс
C17200	1,8-2,0	**	**	***	0,2	-	0,2	баланс
С17410	0,15-0,5	-	0,35-0,6	0,2	0,2	-	0,2	баланс
С17500	0,4-0,7	-	2,4-2,7	0,1	0,2	-	0,2	баланс
С17510	0,2-0,6	1,4-2,2	0,3	0,1	0,2	-	0,2	баланс
БрБ2*	1,8-2,1	0,2-0,5	-	≤0,15	≤0,15	-	≤0,15	баланс
БрБНТ1,9*	1,85-2,1	0,2-0,4	-	≤0,15	≤0,15	0,1-0,25	≤0,15	баланс
БрНБТ*	0,2-0,4	1,4-1,8	-	-	-	0,05-0,15	≤0,15	баланс

* наименование сплава по стандартам РФ
** Ni + Co = 0,2% min
*** Ni + Co + Fe =0,6% max

Таблица 3. Основные свойства сплавов Cu-Be:

Показатель	БрБ2 БрБНТ1,9 С17000 С17200	БрНБТ С17410 С17500 С17510
Твердость (НV) для основных состояний поставки: - мягкое (А); - твердое (Н); - после старения из твердого (НТ)	90-140 215-260 380-450	60-95 145-185 215-260
Электропроводность, м/Ом х мм кв.	9-13	11-34
Теплопроводность, в % от Cu	до 28	до 60
Температура начала распада пересыщенного твердого раствора, °С	260	320

Для использования в особо ответственных изделиях, где ключевыми являются свойства - коррозионная стойкость, твердость, пружинистость предпочтительны высоколегированные бронзы (БрБ2; БрБНТ1,9; С17000; С17200).
В тех случаях, когда наряду с высокой твердостью необходимо сочетание высокой электро - и (или) теплопроводности при высоких температурах эксплуатации предпочтительны низколегированные бронзы (с учетом существенно более низкой цены).
Понимая трудности, связанные с внедрением новых материалов для изготовления деталей и узлов автомобилей, мы настоятельно рекомендуем обратить внимание на использование малолегированных бериллиевых бронз в производственном оборудовании автомобилестроения, что позволяет производителям в кратчайшие сроки оценить эффективность такого использования.
В этой связи, наиболее перспективные области их применения - производство электродов контактной точечной сварки, изготовление пресс-форм для литья металлов под давлением, литья пластмасс.

Основные преимущества низколегированных бериллиевых сплавов перед другими:

• 1. Отличная электропроводность;
• 2. Высокая теплопроводность;
• 3. Коэффициент теплового расширения этих сплавов не зависит от температуры эксплуатации и соответствует КТР сталей, включая нержавеющую, что позволяет использовать их в одном узле;
• 4. Магнитная проницаемость этих сплавов приближается к единице, что делает их практически прозрачными для магнитных полей;
• 5. Эти сплавы легко поддаются механической обработке, при этом происходит закаливание обработанной резкой поверхности;
• 6. Устойчивость бериллиевых сплавов к циклическим нагрузкам и усталостным напряжениям значительно превосходит другие сплавы;
• 7. Эти сплавы превосходят большинство медных сплавов по устойчивости к коррозии.
• 8. Эти сплавы имеют высокую температуру рекристаллизации и демонстрируют хорошую устойчивость основных свойств в интервале от криогеннных до высоких температур.

[ Вернуться к списку ]