Интеграция России в мировую систему с ожесточенной и изощренной конкурентной средой, не оставляют перед российскими производителями оборудования другого выбора, нежели увеличение конкурентоспособности до уровня, а лучше выше уровня западных аналогов.

Высоколегированная бериллиевая бронза, обладающая уникальным набором свойств, позволяет это сделать, увеличив в несколько раз  такие показатели, как долговечность и надежность ответственных узлов  машин и оборудования.

Что у них?

У них, то есть у западных производителей, бериллиевая бронза используется практически во всех отраслях (производство компьютеров, средств телекоммуникации, автомобилестроение, машиностроение, самолетостроение и т.д.). Годовой объем производства и потребления различных видов проката бериллиевой бронзы составляет: 

• в США: 10-12 тысяч т;
• в странах Евросоюза: 6-8 тысяч т;
• в Японии: около 5 тысяч т;
• в Китае: около 2 тысяч т.

На самом динамично развивающемся, китайском рынке, ежегодный прирост потребления бериллиевой бронзы составляет более 15%.

А  у нас?

В 2006 году объем потребления бериллиевой бронзы на российском рынке составил около 250т…

Разрыв колоссальный! Конечно, если не принимать во внимание производство компьютеров, мобильных телефонов и телекоммуникационных средств, сложной бытовой техники, т.е. продуктов, производство которых в России, по-видимому, утрачено надолго, разрыв уменьшится.  Однако на западе, основная весовая доля потребления бериллиевой бронзы приходится как раз на производство оборудования, машин и устройств, а эти отрасли в России не умерли.

Почему это произошло?

В 70-е годы прошлого столетия производством бериллия по полному технологическому циклу обладали только СССР и США. Бериллий и материалы на его основе считались одними из наиболее передовых, призванными осуществлять подлинную революцию в науке, технике и технологии. И конечно одними из главных потребителей были военные предприятия.

Технологи и конструктора советской школы прекрасно знали и знают, что такое бериллиевые бронзы, однако препятствием для широкого их внедрения была закрытая система распределения бериллиевой продукции.

Что делать?

Решать Вам! Мы лишь можем снабдить Вас необходимой информацией для принятия решения. Для начала остановимся лишь на одном из способов  применения бериллиевой бронзы – в  опорах скольжения.

Основные свойства высоколегированной бериллиевой бронзы (БрБ2).

Сплав БрБ2 является весьма специфичным, отличным от  других медных сплавов. Специфика этого сплава обусловлена содержащимся в нем бериллия (Ве). Бериллиевые бронзы относятся к классу так называемых дисперсионно-упрочняемых сплавов, особенностью которых является зависимость растворимости легирующих компонентов от температуры, что позволяет управлять свойствами бронз, как при  производстве проката, так и при изготовлении изделий.

В промышленных сплавах системы Cu-Be, как и в большинстве материалов с эффектом дисперсионного упрочнения, концентрационная область располагается возле границы максимальной растворимости в твердом растворе, и соответствует примерно 2% содержания Be (рис. 1)

       Содержание Ве, %

 Рис. 1 Диаграммы состояния системы Cu-Be

При концентрации бериллия от 1,6 до 2,0% веса, модификация бериллия, известная как β - фаза, присутствует при температуре ниже 600˚С. Эта фаза формируется как результат ограниченной твердой растворимости бериллия. В  этот фактор более всего способствует отвердению при термообработке («старении») . Бинарная диаграмма показывает, что нагревание сплава до температуры 780˚С заставит бериллий раствориться в  α -фазе (твердый раствор α + β). Резкое охлаждение до комнатной температуры поддерживает бериллий в твердом растворе. Этот процесс, называемый отжигом и делает сплав мягким и тягучим, помогает регулировать размер кристаллов, подготавливает сплав к операции «старения». Нагревание  насыщенного твердого раствора до температуры 315 ˚С  с выдержкой на этой температуре 2-3 часа вызывает осаждение упрочняющей фазы и придает сплаву высокую твердость.

Одним из важных свойств материала, используемого для опор скольжения, является устойчивость к нагреву.

В табл.1 приведено изменение механических свойств сплава БрБ2, содержащего 2% Ве, в зависимости от температуры и продолжительности нагрева. Перед нагревом образцы были подвергнуты старению при температуре 320°C в течение 2 часов

Таблица 1. Изменение механических свойств образцов сплава БрБ2 с повышением температуры и продолжительности выдержки при заданной температуре

Вывод: Как видно из данных таблицы,  до 250°C механические свойства практически не меняются даже при выдержке в течение 1000 часов, что говорит о хорошей устойчивости  сплава БрБ2  к температурному воздействию.

Важнейшим из свойств подшипникового материала является износостойкость и антифрикционность.

Вследствие большой твердости, которую изделия из меднобериллиевых сплавов приобретают после старения, они обладают высоким сопротивлением износу при хороших антифрикционных свойствах. Коэффициент трения подвергнутого старению  сплава БрБ2 в паре с осевой железнодорожной сталью и смазкой веретенным маслом №2, полученный при испытании на машине Амслера, равен 0,05.

Хорошее скольжение обеспечивается наличием на поверхности изделий окисной пленки.

Кроме того, коэффициент термического расширения бронзы БрБ2 близок к инструментальным сталям, что также способствует надежной работе  этих материалов в одном узле.

Зарубежный опыт использования бериллиевой бронзы  в качестве материала для опор скольжения. Результаты испытаний.

Используемый за рубежом сплав Alloy 25 в состаренном состоянии достигает максимальной прочности  и твердости после обработки холодной пластической деформацией. Предельная прочность на разрыв может превышать 200 ksi (1290 МПа) при твердости 45 HRC.  Сплав Alloy 25 также проявляет исключительную устойчивость к релаксации напряжений в условиях повышенных температур.

Российский аналог Alloy 25 - сплав БрБ2, тождественен    Alloy 25 по химическому составу  и обладает механическими характеристиками, приведенными в табл.3

Таблица 3. Гарантируемые механические свойства полуфабрикатов из БрБ2

Инженерный центр компании Brush Wellman, обосновывая выбор материала  Alloy 25 (БрБ2), в таблицах 4-8 приводит экспериментальные данные испытаний на износостойкость, полученные по методике ASTM -G98 сообщества инженеров США.Отметим, что здесь и далее под сопротивлением  износу (износостойкостью) понимается стойкость в  условиях, когда трущиеся металлы начинают свариваться, «схватываться» под влиянием высокого давления, т.е. возникают условия для диффузионного взаимопроникновения частиц трущихся металлов.

Методика проведенных экспериментов заключалась в следующем: измерялся износ пары материалов в устройстве состоящим из неподвижного блока из испытуемого материала, в отверстие которого помещается и нагружается осевой нагрузкой цилиндрический диск, выполненный как из аналогичного, так и из другого контактирующего материала, причем последний   приводится во  вращение в условиях сухого трения.

В табл. 4 приведены данные по износостойкости  фрикционной пары Alloy 25 (БрБ2) в контакте с Alloy 25 (БрБ2), подвергнутой различным видам термообработки и деформационного упрочнения.

В табл. 5  приведены данные по износостойкости Alloy 25 (БрБ2) в контакте с коррозионно-стойкими сталями.

Таблица 4.  Износостойкость  Alloy 25 (БрБ2) в контакте с Alloy 25 (БрБ2)

Таблица 5.  Износостойкость  Alloy 25 (БрБ2) в контакте с коррозионно-стойкими сталями

В табл. 6,  для сравнения с износостойкостью Alloy 25 (БрБ2),  приведены данные по износостойкости некоторых никель-кобальтовых сплавов, химический состав которых приведен в табл. 7

В табл. 8 для сравнения с износостойкостью Alloy 25 (БрБ2)  приведены данные по износостойкости кремниевых бонз типа БрКН1-3 и БрКМцЗ-1, применяемых обычно  в качестве антифрикционных втулок.

Таблица 6. Износостойкость  некоторых никель-кобальтовых сплавов

Таблица 7. Химический состав некоторых никель-кобальтовых сплавов, приведенных в табл. 6

Таблица 8. Износостойкость кремниевых бронз, обычно применяемых в опорах скольжения 

Анализ  данных испытаний на износостойкость позволяет сделать следующие выводы:

 1. Пара бериллиевых бронз  Alloy 25 (БрБ2) - Alloy 25 (БрБ2) обладает наиболее высокими износостойкими свойствами по сравнению с остальными антифрикционными парами.

 2 Alloy 25 (БрБ2) демонстрирует хорошие износостойкие свойства в состаренном состоянии независимо от истории термической обработки и предшествующей обработки давлением.

 3. При трении в паре Alloy 25 (БрБ2) -  коррозионно-стойкая сталь износа не наблюдается при нагрузке до 0,8 предела текучести для большинства из рассмотренных материалов.

 4. Бериллиевая бронза  Alloy 25 (БрБ2) обладает существенно более высокими износостойкими свойствами по сравнению с кремнистыми бронзами (см. табл. 3,4 и табл. 7) при более высоких механических свойствах в состаренном состоянии (см. табл. 2)

Антифрикционные свойства бронзы БрБ2  можно проиллюстрировать следующей диаграммой (рис. 2)

Рис. 2 Износостойкость (отсутствие следов износа)  сплава БрБ2 под нагрузкой в условиях контактного трения. 

Вывод: При трении в парах сплав БрБ2 по сплаву БрБ2, сплав БрБ2  по нержавеющей стали износа не наблюдается при нагрузках составляющих 0.7…0.9 от предела текучести сплава или нержавеющей стали (в зависимости от того каков предел текучести у нержавеющей стали). Указанные нагрузки в парах трения существенно превышают предельные нагрузки для большинства других сплавов, в том числе используемых в качестве подшипников скольжения.

И, наконец, третьим показателем, характеризующим надежность опор скольжения, является их коррозионная устойчивость. Так, например, опоры скольжения буровых долот или лопастных насосов, работающих на нефтяных месторождениях, должны выдерживать воздействие содержащихся в пластовых жидкостях взвешенных и коррозионных веществ при высоких давлениях и температурах.

По сопротивлению коррозии бинарные бериллиевые бронзы очень близки к оловянным и алюминиевым бронзам. Например, коррозионная стойкость БрБ2  в 3% растворе HNO₃ почти одинакова со стойкостью бронз с 10-14% Sn   и алюминиевых бронз с 6-8% Al.  В 3% растворе HCl наблюдалось потеря только половина массы бериллиевой бронзы по сравнению с потерями оловянных бронз и примерно равные потери массы с алюминиевыми бронзами.

Бериллиевые бронзы показывают хорошую устойчивость в холодной пресной и морской воде, в большинстве кислотных и щелочных растворов.

В табл. 9 приведены данные о скорости коррозии БрБ2 в различных средах. 

Таблица 9. Скорость коррозии БрБ2 под действием различных реагентов,  мкм/год