Процесс получения бериллия

 Бериллий относится к числу редких металлов. Его добывают из минерала берилла, представляющего собой двойной силикат бериллия и алюминия (3BeO×Al₂O₃ ×SiO₃), который после обработки переводят в форму хлорида или фторида. Металлический бериллий получают восстановлением фторида магнием при высокой температуре (900-300°С) или электролизом его хлоридов в смеси с хлоридом натрия. Дальнейшей многократной зонной плавкой бериллий очищают до 99,98%. Содержание бериллия в земной коре небольшое – 0,0005%. Малая распространенность в природе, сложная и дорогая технология

извлечения из руд, получения из него полуфабрикатов и изделий определяют высокую стоимость бериллия.

 Металлургия бериллия сложна из-за его химической инертности. Литой бериллий крупнозернистый и хрупкий.

Способы получения полуфабрикатов из бериллия

 Для получения полуфабрикатов слитки, полученные вакуумной переплавкой, либо обрабатывают давлением, либо перерабатывают в порошок. В безокислительной среде бериллий измельчают и подвергают горячему прессованию в вакууме. Чем мельче зерно порошка, тем выше прочностные и пластические свойства металла. из которого изготавливают полуфабрикаты и изделия. Для предотвращения взаимодействия с воздухом горячепрессованные заготовки бериллия помещают в стальные оболочки, нагревают до температуры 800-1100 °С и в таком виде проводят обработку давлением. Прокаткой изготавливают листовой бериллий - основной вид продукции, используемый в ракетной технике. Трубы и прутки получают теплым (400-500°С) или горячим (900-1000°С) выдавливанием. Степень обжатия при выдавливании 5: 1 и более. Выдавливанием получают заготовки не только круглого и квадратного сечения, но и более сложного профиля.

Механические свойства полуфабрикатов из бериллия

 Горячекатаный полуфабрикат, полученный из слитка, обладает низкими свойствами. По относительному удлинению вдоль прокатки он близок к литому состоянию, в поперечном направлении имеет близкую к нулю пластичность. Гексагональная структура бериллия характеризуется отношением периодов решетки с/а<1,63, при котором базисная плоскость не единственно возможная плоскость скольжения. Другими плоскостями скольжения в ГПУ структуре являются плоскости призмы и пирамидальные плоскости, что обеспечивает таким металлам, как титан и цирконий, хорошую пластичность. Однако критическое напряжение, необходимое для сдвига в плоскости призмы, у бериллия при 20 ° С так велико, что скольжение при деформации идет только по плоскости базиса. Этим отчасти и объясняется высокая хрупкость бериллия.   

 Механические свойства бериллия зависят от степени чистоты, технологии производства, размера зерна и наличия текстуры.

 На хрупкость бериллия большое влияние оказывают примеси. Бериллий имеет небольшой атомный радиус (0,113 нм), и поэтому почти все примеси, многие из которых ограниченно растворимы в бериллии (Fe, Ni, Cr и другие), искажают его кристаллическую решетку и снижают пластичность.

 Исключение составляет нерастворимый в бериллии алюминий, который улучшает пластичность и поэтому используется для легирования сплавов на основе бериллия.

6.3.2. Механические свойства бериллия, полученного методами порошковой металлургии

 Бериллий, полученный методами порошковой металлургии, имеет мелкозернистую структуру и более высокие механические свойства, в том числе и пластичность. Чем мельче зерно, тем выше временное сопротивление, предел текучести и пластичность при 20 ° С, а также кратковременная прочность при повышенных температурах. Увеличение прочностных свойств объясняется измельчением зерна и наличием неизбежно присутствующих в порошковом материале включений оксида бериллия BeO, повышающих сопротивление пластической деформации. Рост пластичности от измельчения зерна настолько значителен, что перекрывает ее снижение из-за повышения содержания оксида при измельчении исходного порошка. Для того чтобы увеличить пластичность порошковых полуфабрикатов, размол порошков бериллия ведут в безокислительной среде. Чистый спеченный бериллий с чрезвычайно мелкозернистой структурой (l = 1¸3 мкм) обладает склонностью к сверхпластичности. При температуре 600-700 °С и малых скоростях деформации пластичность d = 300%. Более высокая пластичность спеченных из порошков блоков позволяет подвергать их не только горячей обработке давлением, но и тепловой обработке при температуре 400-500°С. Эта температура ниже температуры рекристаллизации бериллия (Трекр. = 700°С), поэтому позволяет сохранить наклеп и получить высокую прочность.

 Пластичность полуфабрикатов из спеченного бериллия в большей степени зависит и от технологии горячей обработки давлением.

6.3.3. Технология получения текстурованных прутков и листов

 В настоящее время разработана технология получения текстурованных прутков методом горячего выдавливания спеченного бериллия. Прутки бериллия имеют текстуру базисной плоскости, их пластичность d = 20%. На листах бериллия, полученных поперечной прокаткой прутков, текстура базисной плоскости сохраняется. Такой бериллий имеет пластичность d = 30 ¸ 40%. В том и другом случае базисная плоскость ориентируется вдоль оси прутка или в плоскости листа, поэтому при растяжении касательные напряжения в них равны нулю. Скольжение идет по плоскостям призмы, число которых в ГПУ структуре поликристаллического бериллия значительно больше, чем базисных, что и обеспечивает хорошую пластичность, В направлении, перпендикулярном плоскости листа, пластичность уменьшается до нуля.