их применения.
- В чем сложность легирования бериллия?
Главная сложность при легировании бериллия обусловлена малым размером атома бериллия. Большинство элементов, растворяясь в бериллии, искажают его кристаллическую решетку, в результате чего увеличивается его хрупкость. Легирование возможно лишь теми элементами, которые образуют с бериллием механические смеси с минимальной взаимной растворимостью.
- Какие сплавы бериллия получили наибольшее распространение и почему?
Наибольшее распространение получили сплавы бериллия с практически нерастворимым в нем при 20 °С алюминием. Из диаграммы состояния Al – Be (рис.2) видно, что при температуре 20 °С бериллий практически не растворим в алюминии. Поэтому эвтектика, образующая при концентрации 2,5% Al, состоит из почти чистого алюминия с незначительным количеством вкраплений бериллия и характеризуется высокой пластичностью.
- Охарактеризуйте сплавы Be –Al.
Практическое применение нашли эвтектические сплавы, содержащие
» 20 – 43% Al. Сплавы Be –Al имеют структуру, состоящую из мягкой пластичной эвтектики и твердых хрупких включений первичного бериллия. Эти сплавы сочетают высокую жесткость, прочность и малую плотность, характерные для бериллия, с пластичностью алюминия. Благодаря пластичности матрицы снижается концентрация напряжений у частиц бериллиевой фазы и уменьшается опасность образования трещин, что позволяет использовать эти сплавы в условиях более сложного напряженного состояния.
|
|
- Какими методами получают сплавы Be –Al?
Для получения Be –Al сплавов также используют методы порошковой металлургии. Деформацию осуществляют выдавливанием с последующей ковкой и штамповкой в оболочках.
- Какими элементами легируют сплавы Be –Al?
Для увеличения прочности сплавы Be –Al дополнительно легируют магнием и серебром – элементами, растворимыми в алюминиевой фазе. В этом случае матрица представляет собой более прочный и вязкий сплав Al – Mg или Al – Ag.
- Какими методами получают сплавы с магнием и серебром?
В отличие от двойных сплавов, которые спекают и прессуют из порошков, сплавы с магнием и серебром получают сплавлением. Слитки подвергают обработке давлением. Сплавы хорошо свариваются и рекомендуются для сварных конструкций.
- Охарактеризуйте композицию Be – Ag?
Пластичную матрицу можно получить, используя композицию Be – Ag, содержащую до 60% серебра. Сплавы с серебром дополнительно легируют литием и лантаном. Тем не менее максимальную пластичность имеет бериллий высокой чистоты.
- Как влияет легирование бериллия элементами Ni, Co, Ca?
Легирование бериллия элементами Ni, Co, Ca и др., расширяющими температурную область существования пластичной высокотемпературной модификации Beb, увеличивает диапазон горячей обработки давлением. Эти элементы оказывают упрочняющее действие и снижают пластичность при 20°С. Никель (£ 0,5%) и кальций (<1%) вызывают увеличение прочности при повышенных температурах. Однако более высокими показателями обладает бериллий, полученный методами порошковой металлургии с повышенным содержанием оксида BeO (до 4%).
|
|
- Охарактеризуйте свойства бериллидов?
Сохраняют прочность до очень высоких температур так называемые бериллиды. Они представляют собой интерметаллидные соединения бериллия с переходными металлами (Ta, Nb, Zr и др.). Бериллиды имеют очень высокую температуру плавления (~2000°С), высокую твердость (HV 5000 - 10000), жесткость (Е»300 – 350 ГПа) при сравнительно низкой плотности
(2,7 – 5,0 г/см3). Однако они очень хрупкие.
- Охарактеризуйте бериллиевые бронзы.
Широкое применение получили сплавы меди с 2-5% Be, так называемые бериллиевые бронзы. Наиболее применяема бронза БрБ2 с 2% Ве. Из диаграммы состояния (рис.4) видно, что этот сплав дисперсионно твердеющий и может упрочняться закалкой с последующим старением. Закалка с 800°С фиксирует пересыщенный a-твердый раствор, из которого при старении (300-350°С) выделяются дисперсные частицы CuBe (рис5).После закалки свойства бериллиевой бронзы БрБ2: sв = 500 МПа, d=30%, после старения:
sв = 1200 МПа, d=4%.
Бериллиевые бронзы обладают высокими упругими свойствами. Их используют для изготовления пружин. Они хорошо сопротивляются усталости и коррозии. Бериллиевые бронзы немагнитны и не искрят при ударе. Из них изготавливают инструменты для работы во взрывоопасных средах – шахтах, на газовых заводах, где нельзя использовать обычные стали.
- Какие свойства бериллиевых сплавов обусловило применение их в авиационной и ракетно-космической технике?
Сочетание малой плотности, высокой удельной прочности и жесткость, сохраняющиеся до 500-600 °С, высокие теплоемкость и теплопроводность обусловило применение бериллиевых сплавов в авиационной и ракетно-космической технике. Бериллий обеспечивает трехкратный выигрыш в массе по сравнению с алюминиевыми и магниевыми сплавами, четырехкратный – по сравнению с титаном и пятикратный – по сравнению со сталью. С увеличением температуры эффективность применения бериллия возрастает. Так, самолет, построенный на 4/5 из бериллия и его сплавов был бы на половину легче, чем из алюминия. Это позволило бы увеличить грузоподъемность и дальность полета на 40%.
- Благодаря каким свойствам бериллий и его сплавы применяются в теплозащитных конструкциях ракет и космических кораблей?
Теплоемкость бериллия в 2 раза выше, чем у алюминия, в 3 раза – чем у железа, в 3,5 раза – чем у титана. В то же время теплопроводность бериллия такая же, как у алюминия. Благодаря этим свойствам, а также высокой жаростойкости его используют в теплозащитных конструкциях ракет и космических кораблей. Бериллий и материалы на его основе применяют для изготовления ракетных двигателей, в том числе камер сгорания и сопел. Благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности сопло выдерживает температуру до 3000°С. Масса двигателя снижается при двукратном увеличении тяги. Из бериллия делают системы антенн космических кораблей, теплозащитную обшивку космических аппаратов.
- Назовите еще области применения бериллиевых сплавов.
Из бериллия делают зеркала оптических телескопов, устанавливаемых на космических кораблях Масса бериллиевого зеркала в 5 раз меньше, чем у обычных зеркал.
Тормозные диски самолетов, помимо прочности и износостойкости, должны обладать хорошими тепловыми характеристиками, так как при торможении возникает высокая температура. Бериллиевые тормоза нагреваются до 240 °С, в то время как стальные – до 670°С.
|
|
Потенциальной областью применения бериллия являются оболочки глубоководных торпед. Торпеды из бериллия могут достигнуть больших глубин при таком же внутреннем объеме, что и торпеды из других материалов.
Благодаря низкому поперечному сечению захвата нейтронов и высокому поперечному сечению их рассеяния, бериллий находит применение в атомной технике для изготовления отражателей, замедлителей и оболочек ТВЭЛов. Материалы замедлителей, отражателей и оболочек ТВЭЛов должны обладать кроме ядерных характеристик высокой теплопроводностью, жаропрочностью, коррозионной стойкостью, сопротивлением ползучести. Бериллий лучше других материалов (в том числе и графита) удовлетворяет этим требованиям.
Благодаря низкой поглощающей способности бериллий применяют для изготовления окон рентгеновских трубо к.
Для ориентации и стабилизации ракет и космических кораблей и подводных лодок используют гироскопы – приборы, помогающие кораблю двигаться в заданном направлении. В электростатических гироскопах из бериллия изготавливают наиболее ответственную деталь – инерционный элемент. Он представляет собой сферу из бериллия, заключенную в оболочку из керамики, внутри которой создается вакуум и электрическое поле. В этом поле подвешивается бериллиевая сфера-ротор. Зазор между вращающимся с высокой скоростью ротором и электродами составляет несколько сотых долей миллиметра. Ротор должен иметь идеально отполированную поверхность. Изготовленный из бериллия миниатюрный ротор сохраняет стабильность размеров в условиях высоких скоростей и перегрузок.
Контрольная работа №3. Бериллий и его сплавы.