Бериллиевая медь

Разводной ключ с надписью BeCu сбоку, показывающей, что он сделан из бериллиевой меди.

Бериллиевая медь ( BeCu ), также известная как медь-бериллий ( CuBe ), бериллиевая бронза и пружинная медь , представляет собой медный сплав 0,5–3% с содержанием 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 механических свойств. Он имеет множество специализированных применений в инструментах для опасных сред, музыкальных инструментах, прецизионных измерительных устройствах, пулях и некоторых применениях в области аэрокосмической промышленности . Бериллий-медь и другие бериллиевые сплавы являются вредными канцерогенами и представляют опасность при вдыхании во время производства.

Характеристики

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 пластмасс, ^{[ нужны дальнейшие объяснения ]} абразивному износу и истиранию . Его можно подвергнуть термической обработке для повышения прочности, долговечности и электропроводности .

Бериллиевая медь достигает наибольшей прочности (до 1400 МПа (200 000 фунтов на квадратный дюйм)) среди всех сплавов на основе меди. ^{[ 3 ]} Ее теплопроводность составляет 62 БТЕ/ч-фут-°F (107 Вт/мК), что в 3–5 раз выше, чем у инструментальной стали . Он имеет температуру плавления твердого тела 1590 ° F (866 ° C ) и температуру плавления жидкости 1800 ° F (982 ° C). Он имеет высокую способность к горячей штамповке. Бериллий-медный сплав C17200 имеет прочность и твердость, аналогичные стали; Свойства твердости по Роквеллу в пиковом состоянии ^{[ нужны дальнейшие объяснения ]} находятся в диапазоне 200 фунтов на квадратный дюйм 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 устойчив к воздействию углекислого газа и водородного охрупчивания .

Медные сплавы в целом всегда считались неискрящими. C17200 обладает прочностью, позволяющей выдерживать использование ручными и механическими инструментами. Эти искробезопасные характеристики лучше всего применяются во взрывоопасных средах, например, в нефтегазовой и пороховой промышленности. ^{[ 4 ]}

Токсичность

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 канцерогенам для человека первой группы. Национальная программа токсикологии (NTP) также относит бериллий к канцерогенам. Медно-бериллиевый сплав, содержащий менее 2,5% бериллия (в меди), не считается канцерогеном.

Использование

Бериллиевая медь — это сплав цветных металлов, 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 аккумуляторов и электрических разъемах.

Бериллиевая медь не искрит, но физически прочна и немагнитна , что соответствует требованиям директивы ATEX для зон 0, 1 и 2. Отвертки, плоскогубцы, гаечные ключи , долота , ножи и молотки из бериллиевой меди доступны для взрывоопасных сред . такие как нефтяные вышки , угольные шахты и элеваторы. Альтернативным металлом, который иногда используется для искробезопасных 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 перевешивать недостатки. Некоторые из разнообразных применений BeCu включают:

Некоторые ударные инструменты, особенно бубны и треугольники , из-за постоянного тона и резонанса бериллиевой меди.
оборудование для сверхнизких температур Криогенное , такое как холодильники разбавления , из-за его механической прочности и относительно высокой теплопроводности в этом температурном диапазоне.
Формы для изготовления пластиковой тары (в том числе практически любой пластиковой молочницы) методом выдувного формования . ^{[ 5 ]}
Бронебойные пули , ^{[ 6 ]} хотя такое применение необычно, поскольку пули из стальных сплавов намного дешевле и имеют аналогичные свойства.
Инструменты для измерения во время бурения (MWD) в индустрии наклонно-направленного бурения . Требуется немагнитный сплав, поскольку магнитометры используются для получения данных о напряженности поля, полученных от инструмента.
Обслуживание аппаратов магнитно-резонансной томографии (МРТ), где сильные магнитные поля делают использование инструментов из черных металлов опасным и где магнитные материалы в поле могут искажать изображение.
Прокладки, используемые для создания радиочастотного (устойчивого к утечкам радиочастот) уплотнения, электронного уплотнения на дверях, используемых при испытаниях на ЭМС , и безэховых камерах .
В 1980-х годах бериллиевая медь использовалась при производстве клюшек для гольфа , особенно клиньев и клюшек . Хотя некоторые игроки в гольф предпочитают головки клюшек из бериллиевой меди, проблемы регулирования и высокие затраты сделали клюшки из бериллиевой меди труднодоступными в современном производстве.
Кифер Плейтинг (несуществующий) из Элкхарта, штат Индиана, построил бериллиево-медные трубные колокола для Schilke Music Co. в Чикаго. Эти легкие колокольчики издают звук, который предпочитают некоторые музыканты. ^{[ 7 ]}
Бериллиевая медная проволока ^{[ 8 ]} выпускается во многих формах: круглых, квадратных, плоских и фасонных, в мотках, на катушках и в прямых отрезках.
Седла и направляющие клапанов из бериллиевой меди используются в высокопроизводительных четырехтактных двигателях с клапанами с титановым покрытием. BeCu рассеивает тепло от клапана в семь раз быстрее, чем седла и направляющие из порошковой стали или железа. Более мягкий BeCu снижает износ клапанов и увеличивает срок их службы. ^{[ нужна ссылка ]}

Стареющий сплав

Бериллиевая медь (C17200 и C17300) представляет собой стареющий сплав, который достигает высочайшей прочности среди всех сплавов на основе меди. Он может затвердеть от старения после формирования пружин, замысловатых или сложных форм. Его ценят за эластичность , коррозионную стойкость, стабильность, проводимость и низкую ползучесть.

Закаленная бериллиевая медь — марки C17200 и C17300, подвергнутая старению и холодной вытяжке. Никакой дополнительной термообработки, кроме возможного легкого снятия напряжений, не требуется. Он достаточно пластичен, чтобы наматывать его по диаметру, и ему можно придать форму пружин и большинства форм. Закаленная проволока наиболее полезна там, где желательны свойства бериллиевой меди, но старение готовых деталей нецелесообразно.

Бериллиево-медные сплавы C17510 и C17500 поддаются старению и обеспечивают хорошую электропроводность, физические свойства и износостойкость. Они используются в пружинах и проволоке, где важна электропроводность или сохранение свойств при повышенных температурах.

Специализированные варианты

Высокопрочные бериллиево-медные сплавы содержат до 2,7% бериллия (литые) или 1,6-2% бериллия с около 0,3% кобальта (деформированные). Прочность достигается за счет старения. Теплопроводность этих сплавов находится между теплопроводностью стали и алюминия. Литые сплавы часто формуют с помощью литьевых форм. Деформируемые сплавы обозначаются UNS как C17200–C17400, литые — C82000–C82800. Процесс закалки требует быстрого охлаждения отожженного металла, в результате чего образуется твердый раствор бериллия в меди, который затем выдерживают при температуре 200-460 °C не менее часа, вызывая осаждение метастабильных кристаллов бериллида в медной матрице. . Чрезмерное старение за пределами равновесной фазы истощает кристаллы бериллида и снижает их прочность. Бериллиды в литых сплавах аналогичны бериллидам в деформируемых сплавах.

Бериллиево-медные сплавы с высокой проводимостью содержат до 0,7% бериллия с небольшим количеством никеля и кобальта. Теплопроводность этих сплавов больше, чем у алюминия, и несколько меньше, чем у чистой меди; их часто используют в качестве электрических контактов. ^{[ 9 ]}

Ссылки

^ «Бериллиевая медь» . Белмонт Металс . 17 мая 2017 года . Проверено 20 января 2023 г.
^ «Ресурсы: Стандарты и свойства — Микроструктуры меди и медных сплавов: медь-бериллий» . www.copper.org . Проверено 20 января 2023 г.
^ Бауччо, Майкл, изд. (январь 1993 г.). Справочник ASM Metals, третье издание . Парк материалов, Огайо: ASM International. п. 445. ИСБН 0-87170-478-1 .
^ «C17200 Бериллиевая медь» . Авива Металс .
^ «Решение проблем литья из бериллиевой меди: изготовление форм. — Бесплатная онлайн-библиотека» . www.thefreelibrary.com . Проверено 28 июля 2022 г.
^ «Федеральный закон и бронебойные боеприпасы» . Nucnews.net. Архивировано из оригинала 14 ноября 2009 г. Проверено 2 ноября 2009 г.
^ «Варианты раструба, скольжения и финиша | Лоялист Шилке | Джим Дональдсон» . www.everythingtrumpet.com . Проверено 28 июля 2022 г.
^ «Бериллиевая медь» . Архивировано из оригинала 27 июня 2009 г. Проверено 8 мая 2009 г.
^ «Особенность - Электроэрозионная обработка бериллиевой меди: введение» . Mmsonline.com. Архивировано из оригинала 14 июня 2011 г. Проверено 17 октября 2010 г.

Внешние ссылки

Стандарты и свойства. Микроструктуры меди и медных сплавов. Медь-бериллий.
Национальный реестр загрязнителей - информационный бюллетень по бериллию и соединениям
Национальный реестр загрязнителей - Информационный бюллетень о меди и соединениях
Таблицы данных на медь-бериллий и никель-бериллий
Описания медь-бериллий и никель-бериллий WIRE. Архивировано 27 июня 2009 г. на Wayback Machine.
«Beralcast – Бериллиевые алюминиевые сплавы» . Усовершенствованные сплавы IBC . Архивировано из оригинала 23 июля 2015 г. Проверено 22 июля 2015 г.
«Медно-бериллиевые лигатуры» . Ульбинский металлургический завод, Казахстан .
«Медно-бериллиевые сплавы» . Материон, Мэйфилд-Хайтс, Огайо .

[1] «Бериллиевая медь» . Белмонт Металс . 17 мая 2017 года . Проверено 20 января 2023 г.

[2] «Ресурсы: Стандарты и свойства — Микроструктуры меди и медных сплавов: медь-бериллий» . www.copper.org . Проверено 20 января 2023 г.

[3] Бауччо, Майкл, изд. (январь 1993 г.). Справочник ASM Metals, третье издание . Парк материалов, Огайо: ASM International. п. 445. ИСБН 0-87170-478-1 .

[4] «C17200 Бериллиевая медь» . Авива Металс .

[5] «Решение проблем литья из бериллиевой меди: изготовление форм. — Бесплатная онлайн-библиотека» . www.thefreelibrary.com . Проверено 28 июля 2022 г.

[:0-6] «Федеральный закон и бронебойные боеприпасы» . Nucnews.net. Архивировано из оригинала 14 ноября 2009 г. Проверено 2 ноября 2009 г.

[7] «Варианты раструба, скольжения и финиша | Лоялист Шилке | Джим Дональдсон» . www.everythingtrumpet.com . Проверено 28 июля 2022 г.

[8] «Бериллиевая медь» . Архивировано из оригинала 27 июня 2009 г. Проверено 8 мая 2009 г.

[9] «Особенность - Электроэрозионная обработка бериллиевой меди: введение» . Mmsonline.com. Архивировано из оригинала 14 июня 2011 г. Проверено 17 октября 2010 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]