Bronze au béryllium : composition, propriétés et application

Dans notre revue, nous nous attarderons plus en détail sur les caractéristiques et les paramètres physico-chimiques de l'alliage cuivre-béryllium, mieux connu sous le nom de bronze au béryllium. Parlons des caractéristiques physiques et chimiques, ainsi que du domaine d'application de cette composition unique.

Le bronze au béryllium est un alliage cuivre-béryllium contenant de 0,5 à 3% de béryllium, dans certains cas d'autres impuretés peuvent être ajoutées. Bronze au béryllium est différent:

1. Densité et résistance accrues, combinées à des caractéristiques non magnétiques et à une absence totale d'étincelles.
2. Il est capable de subir tout type de traitement - découpage et façonnage.
3. L'alliage est largement utilisé pour la fabrication d'instruments, notamment d'instruments de musique, ainsi que d'instruments de haute précision et de balles pour armes à feu.
4. Le cuivre-béryllium a également trouvé son application dans les technologies aérospatiales.

Le bronze au béryllium appartient au groupe des compositions dites à durcissement par dispersion... Leur caractéristique distinctive est la dépendance du degré de solubilité des ingrédients d'alliage sur le chauffage.

Lorsque la trempe est effectuée à partir d'une section monophasique dans un solide, un nombre excessif d'atomes du composant principal d'alliage est formé par rapport à l'état d'équilibre d'un tel système. La solution solide concentrée qui en résulte est caractérisée par une instabilité thermodynamique et une tendance à la décomposition ; avec une augmentation du niveau de température, ce processus est activé. L'effet de compactage s'explique par la dispersion des précipités obtenus à la suite de la décomposition des substances.

La formule chimique du bronze au béryllium est BrB2, sa composition est détaillée dans le GOST actuel.

L'alliage comprend les ingrédients suivants :

• cuivre 97-98%;
• béryllium 1,9-2,1%;
• nickel 0,2-0,5%;
• moins de 0,5% d'additifs.

Les compositions de cuivre-béryllium les plus couramment utilisées contenant 2% de béryllium, ainsi que les alliages cuivre-béryllium-cobalt, où le pourcentage de béryllium ne dépasse pas 0,8%. Le premier alliage est appelé bronze au béryllium fortement allié, le second appartient au groupe des nuances faiblement alliées.

Le cuivre au béryllium a les caractéristiques physico-chimiques suivantes.

1. Conductivité électrique et thermique surestimée. Selon ces paramètres, la substance n'est que légèrement inférieure au cuivre.
2. Limite élastique augmentée.
3. Absence d'étincelles lors d'un choc mécanique.
4. Paramètres élevés de résistance à la corrosion, de dureté et de résistance temporaire.

Toutes ces caractéristiques se manifestent au maximum à tous les moments où le bronze au béryllium est soumis à diverses méthodes de traitement et de trempe. Par exemple, avec le vieillissement artificiel, ces substances atteignent leur plasticité ultime après la trempe, qui est réalisée à une température d'environ 770 degrés - dans cet état, le bronze au béryllium est extrêmement léger.

La résistance typique de la substance correspond à 450 MPa. Ce paramètre double au cours des processus de déformation plastique de l'alliage de 35 à 50 %. En conséquence, après le vieillissement, qui est effectué immédiatement après la fin du processus de durcissement, les propriétés mécaniques du béryllium deviennent extrêmement élevées.

Les paramètres de la composition cuivre-béryllium, fondamentaux pour l'industrie, sont loin de se limiter à ceux répertoriés. Tous les alliages de bronze, dont la structure comprend du béryllium, se caractérisent par une résistance élevée à la chaleur - les produits qui en sont composés peuvent fonctionner sans modifier leurs capacités à des températures allant jusqu'à 340 degrés Celsius. Et lorsqu'ils sont chauffés à 500 degrés, les propriétés mécaniques et la densité de tous les bronzes au béryllium deviennent complètement identiques dans leurs performances à l'aluminium, ainsi qu'aux compositions d'étain-phosphorite à une température de fonctionnement standard d'environ +20 degrés.

Cette propriété permet l'utilisation du bronze au béryllium pour la production de pièces moulées de la plus haute qualité.

Les alliages de béryllium se prêtent facilement à tout traitement mécanique (coupe, brasage et soudage). Bien qu'il existe certaines restrictions sur la réalisation des manipulations énumérées. Ainsi, tout alliage de béryllium doit être brasé immédiatement après la fin du décapage mécanique. Dans ce cas, veillez à utiliser de la soudure à l'argent, ainsi que du flux. Il est important que les sels de fluorure soient toujours présents dans le flux lui-même. Ces dernières années, le soi-disant brasage sous vide s'est généralisé - il est réalisé sous une épaisse couche de flux. Ainsi, la qualité unique du produit est assurée.

Mais de nos jours, le soudage à l'arc électrique n'est pratiquement pas utilisé lorsque l'on travaille avec du cuivre au béryllium, car il présente un intervalle thermique de cristallisation important. Le soudage de joints, ainsi que les types de points et de rouleaux en milieux inertes est parfaitement maîtrisé. Il convient d'ajouter que les caractéristiques mécaniques spécifiques du matériau ne permettent pas d'effectuer des travaux de soudage immédiatement après le traitement thermique du bronze - cela doit certainement être pris en compte lors de la réflexion sur la technologie de leur traitement.

L'indicateur suivant mérite une attention particulière : vitesse de refroidissement. Cet indicateur doit être extrêmement pointu afin d'éviter la décomposition de la composition solide sursaturée. C'est pourquoi, lors de la sélection des agents de trempe de travail, il convient tout d'abord de procéder à partir des indicateurs de vitesse critique.Ces données confirment que pendant la trempe du bronze, les vitesses de refroidissement maximales devraient être comprises entre 500 et 250 degrés.

Des processus lents dans cet intervalle conduisent à une libération précoce du durcisseur et entraînent une diminution de la capacité à durcir davantage. La vitesse de refroidissement critique, qui permet d'atteindre une combinaison optimale de caractéristiques physiques et techniques, correspond à 30-60 g/s pour le cuivre additionné de béryllium. Pour atteindre la valeur souhaitée, l'alliage est généralement trempé dans l'eau. Afin de réduire les paramètres de vitesse critiques, un peu de cobalt est généralement ajouté à l'alliage. Des ajouts minimes d'un tel métal augmentent la stabilité de la solution surfondue. De même, les impuretés de magnésium peuvent affecter la durabilité du bronze.

Visuellement, le bronze au béryllium ressemble à un alliage coloré qui, ensemble utilisé dans la fabrication d'éléments de ressort, de fils, de tiges et de certains autres éléments nécessaires au maintien de la configuration. Avec des déformations fréquentes et des surcharges constantes, un tel fil a une conductivité électrique accrue, il est utilisé dans les contacts basse fréquence pour la fabrication de connecteurs électriques.

Cuivre au béryllium puissant non magnétique mais non étincelant trouve une large application dans la fabrication de pinces, de ciseaux de couteaux, de marteaux et de clés. Alliage optimal pour la manipulation de certaines substances explosives, par exemple, dans les élévateurs à grains, les plates-formes pétrolières ou dans les mines de charbon.

Utilisation courante de l'alliage pour équipement cryogéniqueutilisé aux températures les plus basses. Par exemple, les camions frigorifiques. La pertinence de l'utilisation du cuivre-béryllium dans ce domaine s'explique par sa résistance et sa conductivité thermique accrue dans cette plage de température.

Utiliser la composition pour la fabrication de balles. Bien qu'une telle application soit assez inhabituelle, car une balle en acier est moins chère et présente en même temps des caractéristiques assez similaires. Le fil de cuivre-béryllium est disponible sous plusieurs formes à la fois. Il peut être bouclé ou plat, rond ou carré; diverses couches droites, ainsi que des bobines ou des bobines sont en vente.

Des informations intéressantes sur le béryllium sont présentées dans la vidéo suivante.