Бериллиевая медь ( BeCu ), также известная как медно-бериллиевая ( CuBe ), бериллиевая бронза и пружинная медь , представляет собой медный сплав с 0,5–3% бериллия . [1] Медно-бериллиевые сплавы часто используются из-за их высокой прочности и хорошей проводимости как тепла, так и электричества. [2] Он используется из-за своей пластичности , свариваемости в металлообработке и свойств механической обработки. Он имеет множество специализированных применений в инструментах для опасных сред, музыкальных инструментах, точных измерительных приборах, пулях и некоторых применениях в области аэрокосмической промышленности . Бериллиевая медь и другие бериллиевые сплавы являются вредными канцерогенами, которые представляют токсичную опасность при вдыхании во время производства.
Бериллиевая медь — пластичный , свариваемый и обрабатываемый сплав. Как и чистая медь, она устойчива к неокисляющим кислотам (таким как соляная кислота и угольная кислота ) и продуктам разложения пластика, [ необходимо дополнительное объяснение ] к абразивному износу и истиранию . Она может подвергаться термической обработке для повышения прочности, долговечности и электропроводности .
Бериллиевая медь достигает наибольшей прочности (до 1400 МПа (200 000 фунтов на кв. дюйм)) среди всех сплавов на основе меди. [3] Она имеет теплопроводность 62 БТЕ/ч-фут-°F (107 Вт/мК), что в 3–5 раз выше, чем у инструментальной стали . Она имеет температуру плавления твердого тела 1590 ° F (866 ° C ) и температуру плавления жидкого тела 1800 °F (982 °C). Она обладает высокой способностью к горячей формовке. Сплав бериллиевой меди C17200 имеет прочность и твердость, аналогичные прочности и твердости стали; твердость по Роквеллу в пиковом состоянии [ необходимо дополнительное объяснение ] находится в диапазоне 200 ksi и RC45.
C17200 обладает эффективными коррозионно-стойкими свойствами при воздействии суровых условий, таких как морская вода и скважинные среды . Он выдерживает сульфидное или хлоридное коррозионное растрескивание под напряжением и противостоит воздействию углекислого газа и водородного охрупчивания .
Медные сплавы в целом всегда считались неискрящими. C17200 обладает прочностью, позволяющей выдерживать использование ручных и механических инструментов. Эти неискрящие свойства лучше всего применять во взрывоопасных средах, например, в нефтегазовой и пороховой промышленности. [4]
Вдыхание пыли, тумана или паров, содержащих бериллий, может вызвать хроническую бериллиевую болезнь , которая ограничивает обмен кислорода между легкими и кровотоком. Международное агентство по изучению рака (IARC) относит бериллий к человеческим канцерогенам группы 1. Национальная токсикологическая программа (NTP) также относит бериллий к канцерогенам. Медно-бериллиевый сплав, содержащий менее 2,5% бериллия (в меди), не считается канцерогеном.
Бериллиевая медь — это цветной сплав, используемый в пружинах , пружинной проволоке, тензодатчиках и других деталях, которые должны сохранять свою форму при повторяющихся нагрузках и деформациях. Он обладает высокой электропроводностью и используется в слаботочных контактах для батарей и электрических разъемов.
Бериллиевая медь не искрит, но физически прочна и немагнитна , что соответствует требованиям директивы ATEX для зон 0, 1 и 2. Отвертки, плоскогубцы, гаечные ключи, зубила , ножи и молотки из бериллиевой меди доступны для сред с взрывоопасными условиями, таких как нефтяные вышки , угольные шахты и элеваторы. Альтернативным металлом, иногда используемым для неискрящих инструментов, является алюминиевая бронза . По сравнению со стальными инструментами, инструменты из бериллиевой меди дороже и не такие прочные, но свойства бериллиевой меди в опасных средах могут перевесить недостатки. Некоторые из разнообразных применений BeCu включают:
Бериллиевая медь (C17200 и C17300) — это сплав , упрочняющийся при старении , который достигает наивысшей прочности среди всех сплавов на основе меди. Он может быть упрочнен при старении после формирования в пружины, сложные формы или сложные формы. Он ценится за свою эластичность , коррозионную стойкость, стабильность, проводимость и низкую ползучесть.
Закаленная бериллиевая медь — это C17200 и C17300, которые были подвергнуты старению и холоднотянуты. Никакой дальнейшей термообработки не требуется, за исключением возможного легкого снятия напряжений. Она достаточно пластична для намотки по диаметру и может быть сформирована в пружины и большинство форм. Закаленная проволока наиболее полезна там, где желательны свойства бериллиевой меди, но старение готовых деталей нецелесообразно.
Сплавы бериллиевой меди C17510 и C17500 являются упрочняемыми при старении и обеспечивают хорошую электропроводность, физические свойства и износостойкость. Они используются в пружинах и проволоке, где важна электропроводность или сохранение свойств при повышенных температурах.
Высокопрочные бериллиевые медные сплавы содержат до 2,7% бериллия (литые) или 1,6-2% бериллия с примерно 0,3% кобальта (деформированные). Прочность достигается путем упрочнения старением. Теплопроводность этих сплавов находится между теплопроводностью стали и алюминия. Литые сплавы часто формуются с помощью литьевых форм. Деформируемые сплавы обозначаются UNS как C17200 - C17400, литые сплавы - C82000 - C82800. Процесс упрочнения требует быстрого охлаждения отожженного металла, в результате чего образуется твердофазный раствор бериллия в меди, который затем выдерживается при температуре 200-460 °C в течение как минимум часа, вызывая осаждение метастабильных кристаллов бериллида в медной матрице. Перестаривание за пределами равновесной фазы истощает кристаллы бериллида и снижает их прочность. Бериллиды в литых сплавах аналогичны бериллидам в деформируемых сплавах.
Высокопроводящие бериллиевые медные сплавы содержат до 0,7% бериллия с некоторым количеством никеля и кобальта. Теплопроводность этих сплавов больше, чем у алюминия, и немного меньше, чем у чистой меди; их часто используют в качестве электрических контактов. [9]