Полоса бронзовая БрБ2

Полоса и лента из бронзы БрБ2 — деформируемый полуфабрикат из бериллиевой бронзы, применяемый в приборостроении, электротехнике и машиностроении для изготовления упругих элементов, токоведущих деталей и износостойких узлов трения. Ключевое свойство материала — способность к дисперсионному упрочнению: после закалки и искусственного старения сплав достигает прочности, превышающей многие конструкционные стали, сохраняя при этом удовлетворительную электропроводность.

Состав и нормативная база

Химический состав бронзы БрБ2 регламентирован ГОСТ 18175-78. Полосы и ленты изготавливают по ГОСТ 1789-2013.

Элемент	Содержание, %
Медь (Cu)	96,9–98,0 (основа)
Бериллий (Be)	1,8–2,1
Никель (Ni)	0,2–0,5
Прочие примеси	не более 0,5

Никель замедляет фазовые превращения при охлаждении, снижает критическую скорость закалки и подавляет прерывистый распад при старении. Превышение верхней границы содержания бериллия (выше 2,1 %) резко снижает пластичность уже в закалённом состоянии и увеличивает хрупкость после старения.

Состояния поставки по ГОСТ 1789-2013

Полосы и ленты БрБ2 выпускают в двух состояниях:

• М — мягкое (закалённое). Материал нагрет до температуры закалки и быстро охлаждён. Пластичен, хорошо штампуется и гнётся. Упрочнение достигается на стороне потребителя — после старения готовых деталей.
• Т — твёрдое (деформированное после закалки на 30–40 %). После закалки материал прокатан с обжатием 30–40 %. Обладает повышенной прочностью и упругостью по сравнению с мягким состоянием; окончательное упрочнение — старением.

По требованию потребителя полосы и ленты поставляют с нормируемыми механическими свойствами после дисперсионного твердения.

Термическая обработка: закалка и старение

Высокие механические и упругие свойства БрБ2 достигаются только термической обработкой. Растворимость бериллия в меди резко снижается с уменьшением температуры — с ~2,3 % при 870 °С до ~0,2 % при комнатной температуре. Это и служит физической основой дисперсионного упрочнения.

Закалка

Нагрев под закалку — 770–790 °С, выдержка 15–30 мин. Охлаждение — в воде, критическая скорость охлаждения составляет 30–60 °С/с. Нагрев выше 790–800 °С не рекомендуется: происходит рост зерна и ухудшение характеристик после старения.

После закалки сплав находится в состоянии пересыщенного твёрдого раствора Be в меди: прочность невысока (σ_в = 400–500 МПа), зато пластичность максимальна (δ = 30–45 %). В этом состоянии заготовки наиболее технологичны для штамповки и гибки.

Прерывистый распад при замедленном охлаждении

Если скорость охлаждения при закалке недостаточна (ниже 580 °С охлаждение замедляется), в сплаве развивается прерывистый распад: по границам зёрен выделяются пластинчатые двухфазные структуры типа перлита. Это опасно по двум причинам:

• Сплав охрупчивается — прерывистый распад локализован вдоль межзеренных границ.
• При последующем старении непрерывный распад даёт меньший прирост прочности, чем потери прочности из-за уже частично распавшегося раствора.

Предварительная холодная прокатка с обжатием 20–40 % ускоряет прерывистый распад; при обжатии 50–90 % он подавляется. Для получения гарантированно однородной структуры рекомендуется охлаждение в воде по всей массе заготовки.

Старение

Режим искусственного старения для максимальной прочности: (320 ± 10) °С, 2 ч, охлаждение на воздухе. При таких условиях из пересыщенного раствора равномерно выделяются мелкодисперсные интерметаллидные частицы γ-фазы (CuBe), которые и обеспечивают упрочнение.

Для получения промежуточных значений прочности и пластичности применяют неполное старение при температурах 280–300 °С или сокращают время выдержки — режим выбирают по требуемому сочетанию свойств конкретной детали.

Механические свойства полосы БрБ2

Состояние	σв, МПа	σ0,2, МПа	δ, %	Твёрдость
Закалённое (мягкое, М)	400–500	—	30–45	—
После закалки + деформация 40 % (твёрдое, Т)	~850	—	—	—
После закалки + старение 320 °С, 2 ч	1200–1250	~1000	2–3	350–400 HB

Модуль упругости: E = 133 ГПа. Предел упругости после старения: 750–770 МПа. Предел выносливости: 250–290 МПа (база 10⁸ циклов). Механические свойства практически не изменяются при длительной выдержке (до 1000 ч) при температурах до 250 °С.

Физические свойства

Характеристика	Значение
Электропроводность	25–35 % от электропроводности меди (зависит от состояния термообработки)
Теплопроводность	105–120 Вт/(м·°С)
Температурный диапазон применения упругих элементов	от криогенных температур до +250 °С
Хладноломкость	отсутствует
Искрообразование при ударе	отсутствует
Магнитные свойства	немагнитен

Релаксационная стойкость и упругие свойства

Высокое сопротивление микропластическим деформациям после старения определяет релаксационную стойкость — способность упругого элемента удерживать первоначальное напряжение без необратимой деформации. Именно этот показатель является определяющим при проектировании пружин, мембран и контактных элементов, работающих в условиях постоянного нагружения. По релаксационной стойкости полоса БрБ2 после термообработки превосходит пружинные фосфористые бронзы и большинство нержавеющих сталей для пружин.

Обработка и технологические особенности

Штамповка и гибка производятся в закалённом (мягком) состоянии, когда пластичность максимальна. После формообразования деталь подвергают старению уже в окончательном виде. Твёрдые полосы толщиной до 1,5 мм должны выдерживать изгиб на 90° вокруг оправки диаметром, равным двум толщинам полосы, без трещин.

Механическая обработка резанием не вызывает затруднений как в закалённом, так и в состаренном состоянии.

Сварка и пайка возможны; сплав хорошо паяется твёрдыми и мягкими припоями.

Внимание — опасные среды. Бронза БрБ2 склонна к растрескиванию под напряжением в парах аммиака и к ускоренной деградации в средах, содержащих галогены (F, Cl, Br, I): галогениды бериллия выщелачиваются с поверхности, снижая объёмную долю упрочнителя. Применение в таких средах требует специальной оценки.

Области применения полосы и ленты БрБ2

Упругие и чувствительные элементы приборостроения: пружины, мембраны, сильфоны, токосъёмные контакты реле и переключателей, контактные пластины. Сочетание высокого предела упругости, релаксационной стойкости и удовлетворительной электропроводности делает полосу БрБ2 практически безальтернативной для этого класса деталей при повышенных требованиях к надёжности.

Токоведущие детали электротехники: коллекторные и эмиттерные электроды, контактные перемычки, детали разъёмных соединений, где необходимо сочетание прочности и проводимости.

Антифрикционные детали: втулки, вкладыши, направляющие. Коэффициент трения по стали со смазкой — 0,05–0,08; интенсивность изнашивания в 2–3 раза ниже, чем у фосфористых бронз.

Неискрящий инструмент и детали: для применения во взрывоопасных зонах (нефте- и газопереработка, шахты, рудники). Отсутствие искрообразования при ударе — специфическое свойство бериллиевых бронз, обусловленное их структурой.

Детали, работающие в широком температурном диапазоне: упругие элементы криогенного оборудования, авиационные и космические приборы. Хладноломкость отсутствует, свойства стабильны до −200 °С и до +250 °С при длительной эксплуатации.

Форма поставки полосы бронзовой БрБ2

Полосы и ленты поставляются по ГОСТ 1789-2013 в мягком (М) и твёрдом (Т) состоянии. Ширина лент — до 300 мм, толщина — от 0,10 мм. Полосы — мерной, кратной мерной и немерной длины. Точность изготовления по толщине — нормальная или повышенная; по ширине — повышенная или высокая.

Пример условного обозначения мягкой полосы: Полоса ДПРКМ 0,30×80 КД БрБ2 ГОСТ 1789-2013.

Подробнее о прочих видах проката из бериллиевой бронзы — на страницах бериллиевая бронза БрБ2 и плита бронзовая БрБ2.