Москва
Каталог
Бронза БрБНТ1.7: характеристики и применение бериллиево-никель-титановой бронзы
Бронза марки БрБНТ1.7 представляет собой высоколегированный безоловянный сплав на основе меди, в котором основным легирующим элементом является бериллий с дополнительным легированием никелем и титаном. Этот уникальный состав обеспечивает материалу превосходные механические характеристики: высокую прочность, отличную упругость, повышенную износостойкость и хорошую деформируемость в закаленном состоянии. Компания «ОборонСпецСплав» предлагает широкий ассортимент продукции из бронзы БрБНТ1.7.
Расшифровка маркировки сплава
Обозначение БрБНТ1.7 имеет следующую расшифровку:
- Бр — бронза (сплав на основе меди)
- Б — бериллий (основной легирующий элемент)
- Н — никель (дополнительный легирующий элемент)
- Т — титан (дополнительный легирующий элемент)
- 1.7 — среднее содержание бериллия 1,7% (фактически 1,6-1,85%)
Химический состав бронзы БрБНТ1.7
Согласно ГОСТ 18175-78 (ранее ГОСТ 18175-72), химический состав бронзы БрБНТ1.7 должен соответствовать следующим требованиям:
| Элемент | Содержание, % | Влияние на свойства сплава |
|---|---|---|
| Медь (Cu) | Основа (97,0-98,1%) | Формирует основу сплава, обеспечивает высокую электро- и теплопроводность |
| Бериллий (Be) | 1,6-1,85 | Повышает прочность, твердость, упругость, усталостную прочность и износостойкость |
| Никель (Ni) | 0,2-0,4 | Повышает коррозионную стойкость, способствует равномерному распределению бериллия |
| Титан (Ti) | 0,1-0,25 | Измельчает зерно, повышает прочность при повышенных температурах, улучшает технологичность |
Допускается наличие следующих примесей:
| Примесь | Максимальное содержание, % | Влияние на свойства |
|---|---|---|
| Алюминий (Al) | ≤ 0,15 | В малых количествах повышает прочность, но снижает электропроводность |
| Кремний (Si) | ≤ 0,15 | Повышает твердость и прочность, но снижает пластичность |
| Свинец (Pb) | ≤ 0,005 | Нежелательная примесь, снижает механические свойства |
| Железо (Fe) | ≤ 0,15 | В малых количествах измельчает зерно, но снижает электропроводность |
Физические свойства бронзы БрБНТ1.7
Бронза БрБНТ1.7 обладает следующими физическими характеристиками:
- Плотность: 8,25-8,35 г/см³
- Температура плавления: 965-980°C
- Удельная теплоемкость: 0,38-0,40 кДж/(кг·°C)
- Коэффициент теплопроводности: 110-130 Вт/(м·°C)
- Удельное электрическое сопротивление: 0,055-0,075 мкОм·м
- Коэффициент линейного расширения: 16,5-17,5×10⁻⁶ K⁻¹
- Модуль упругости: 125-135 ГПа
Механические свойства бронзы БрБНТ1.7
Механические характеристики бронзы БрБНТ1.7 зависят от состояния материала и вида термической обработки:
В закаленном и состаренном состоянии:
| Характеристика | Значение |
|---|---|
| Предел прочности при растяжении (σв) | 1100-1300 МПа |
| Предел текучести (σт) | 900-1100 МПа |
| Относительное удлинение (δ) | 2-4% |
| Твердость по Бринеллю | 350-420 НВ |
| Предел усталости | 380-420 МПа |
В закаленном состоянии (до старения):
| Характеристика | Значение |
|---|---|
| Предел прочности при растяжении (σв) | 500-600 МПа |
| Предел текучести (σт) | 300-400 МПа |
| Относительное удлинение (δ) | 35-50% |
| Твердость по Бринеллю | 140-170 НВ |
В отожженном состоянии:
| Характеристика | Значение |
|---|---|
| Предел прочности при растяжении (σв) | 400-450 МПа |
| Предел текучести (σт) | 180-220 МПа |
| Относительное удлинение (δ) | 30-45% |
| Твердость по Бринеллю | 110-140 НВ |
Технологические свойства и особенности обработки
Деформируемость
Бронза БрБНТ1.7 отлично обрабатывается давлением, особенно в закаленном состоянии:
- В закаленном состоянии: материал обладает высокой пластичностью (относительное удлинение до 50%), что позволяет выполнять сложные операции холодной деформации - гибку, штамповку, вытяжку, волочение.
- В состаренном состоянии: пластичность резко снижается, что ограничивает возможности деформационной обработки.
Оптимальный технологический процесс включает закалку, холодную деформацию и последующее старение для получения высоких механических характеристик.
Обрабатываемость резанием
Обрабатываемость бронзы БрБНТ1.7 резанием зависит от ее состояния:
- В отожженном и закаленном состоянии: хорошая обрабатываемость с коэффициентом 0,7-0,8 (по сравнению с латунью ЛС63-3, принятой за 1,0).
- В состаренном состоянии: удовлетворительная обрабатываемость с коэффициентом 0,5-0,6 из-за высокой твердости. Рекомендуется использовать твердосплавный инструмент и умеренные режимы резания.
Свариваемость
Бронза БрБНТ1.7 имеет ограниченную свариваемость, что связано с образованием тугоплавких оксидов бериллия и титана. Наиболее эффективные способы соединения:
- Аргонодуговая сварка с использованием специальных флюсов и защитной атмосферы
- Контактная сварка
- Пайка твердыми и мягкими припоями
После сварки рекомендуется провести полный цикл термической обработки для восстановления свойств материала.
Термическая обработка
Для бронзы БрБНТ1.7 применяются следующие виды термической обработки:
- Закалка: нагрев до 760-780°C с выдержкой 15-30 минут и быстрым охлаждением в воде. В результате формируется пересыщенный твердый раствор бериллия в меди, обладающий высокой пластичностью.
- Старение: нагрев закаленного материала до 310-330°C с выдержкой 2-3 часа и охлаждением на воздухе. При старении происходит выделение интерметаллидных фаз, что приводит к значительному повышению прочности, твердости и упругих свойств.
- Отжиг: нагрев до 650-700°C с выдержкой 1-2 часа и медленным охлаждением. Применяется для снятия наклепа и внутренних напряжений.
Благодаря добавлению титана и никеля, бронза БрБНТ1.7 обладает улучшенной стабильностью свойств при термической обработке по сравнению с обычной бериллиевой бронзой.
Особые свойства бронзы БрБНТ1.7
Пружинные свойства
Бронза БрБНТ1.7 обладает превосходными пружинными свойствами, что делает ее идеальным материалом для изготовления упругих элементов и пружин:
- Предел упругости: 800-950 МПа
- Модуль упругости: 125-135 ГПа
- Релаксационная стойкость: очень высокая
- Сопротивление усталости: превосходное
Добавление титана в состав сплава повышает релаксационную стойкость и сохранение упругих свойств при повышенных температурах.
Износостойкость
Высокая износостойкость бронзы БрБНТ1.7 обеспечивается формированием дисперсных упрочняющих фаз при старении:
- Коэффициент трения по стали (без смазки): 0,16-0,20
- Коэффициент трения по стали (со смазкой): 0,04-0,06
- Интенсивность изнашивания: в 2-3 раза ниже, чем у фосфористых бронз
Присутствие титана способствует формированию более мелкодисперсной структуры, что дополнительно повышает износостойкость сплава.
Электро- и теплопроводность
Бронза БрБНТ1.7 сочетает высокие механические свойства с хорошей электро- и теплопроводностью:
- Электропроводность: 30-40% от электропроводности меди (выше, чем у большинства высокопрочных сплавов)
- Теплопроводность: 110-130 Вт/(м·°C)
Благодаря присутствию никеля и титана, электропроводность этого сплава несколько выше, чем у обычной бериллиевой бронзы при том же уровне прочности.
Коррозионная стойкость
Бронза БрБНТ1.7 обладает высокой коррозионной стойкостью в различных средах:
- Атмосферная коррозия: очень высокая стойкость
- Морская вода: хорошая стойкость
- Промышленная атмосфера: высокая стойкость
Никель в составе сплава значительно повышает его коррозионную стойкость, особенно в морской воде и промышленной атмосфере.
Формы поставки бронзы БрБНТ1.7
Компания «ОборонСпецСплав» предлагает бронзу БрБНТ1.7 в следующих формах поставки:
Круги бронзовые БрБНТ1.7
Бронзовый круг БрБНТ1.7 за счет наличия бериллия в составе обладает повышенными свойствами пластичности и упругости. Используется для изготовления деталей скольжения, упругих элементов, пружин и других ответственных деталей.
Бронзовые чушки БрБНТ1.7
Чушка из бронзы БрБНТ1.7 является металлическим полуфабрикатом для изготовления литьем, ковкой и прочими методами других изделий бронзового проката. Служит основой для производства различных полуфабрикатов.
Прутки БрБНТ1.7
Прутки из бронзы БрБНТ1.7 используются для изготовления осей, валов, втулок, упругих элементов и других деталей, требующих высокой прочности, упругости и износостойкости.
Листы бронзовые БрБНТ1.7
Бронзовые листы применяются для изготовления плоских пружин, мембран, контактов и других деталей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок.
Ленты БрБНТ1.7
Ленты из бронзы БрБНТ1.7 используются в электротехнической промышленности для изготовления пружинных контактов, разъемов, а также в производстве точных приборов.
Проволока БрБНТ1.7
Проволока из этого сплава применяется для изготовления пружин малых сечений, контактных элементов, сеток и других деталей, требующих высокой упругости и электропроводности.
Полосы бронзовые БрБНТ1.7
Полосы используются для изготовления пружинных элементов, токоведущих шин, контактов и других деталей, сочетающих высокую прочность с хорошей электропроводностью.
Трубы бронзовые БрБНТ1.7
Трубы применяются в производстве теплообменников, гидравлических систем, а также для изготовления втулок и подшипников скольжения.
Области применения бронзы БрБНТ1.7
Благодаря уникальному сочетанию механических, физических и технологических свойств, бронза БрБНТ1.7 широко применяется в различных отраслях промышленности:
- Машиностроение:
- Пружины высокой ответственности
- Упругие элементы
- Детали скольжения
- Мембраны
- Диафрагмы
- Подшипники скольжения
- Электротехническая промышленность:
- Электрические контакты
- Пружинные контакты
- Токоведущие детали
- Разъемы
- Клеммы
- Судостроение:
- Детали судовых механизмов
- Упругие элементы приборов
- Детали навигационного оборудования
- Компоненты электрических систем
- Авиация и космонавтика:
- Детали высокой точности и ответственности
- Пружины для работы в экстремальных условиях
- Компоненты систем управления
- Элементы бортовой аппаратуры
- Приборостроение:
- Мембраны измерительных приборов
- Пружины точных механизмов
- Детали часовых механизмов
- Компоненты измерительной аппаратуры
- Нефтегазовая промышленность:
- Детали глубинных насосов
- Упругие элементы клапанов
- Компоненты буровой аппаратуры
Преимущества и недостатки бронзы БрБНТ1.7
Преимущества:
- Высокая прочность и твердость после термической обработки
- Отличные пружинные свойства
- Высокая износостойкость
- Повышенная коррозионная стойкость благодаря добавлению никеля
- Улучшенная термическая стабильность из-за присутствия титана
- Хорошая электро- и теплопроводность
- Отличная деформируемость в закаленном состоянии
- Неискрящий материал, что важно для взрывоопасных производств
- Немагнитность
- Высокая усталостная прочность
Недостатки:
- Высокая стоимость из-за содержания бериллия
- Токсичность бериллия при производстве и обработке
- Сложность технологии термической обработки
- Ограниченная свариваемость
- Низкая пластичность в состаренном состоянии
- Необходимость соблюдения специальных мер безопасности при обработке
Особенности транспортировки и хранения
Бронза БрБНТ1.7 транспортируется всеми видами транспорта, включая большегрузные автомобили, с соблюдением общих правил грузоперевозок. Материал должен транспортироваться в пакетах, соответствующих нормативно-технической документации.
Хранение осуществляется в местах, обеспечивающих сохранность качества материала. Для предотвращения окисления и механических повреждений рекомендуется хранение в сухих закрытых помещениях.
Система контроля качества и приемка продукции
Готовые изделия и заготовки из бронзы БрБНТ1.7 принимаются партиями, содержащими чушки с одной маркой и одной плавкой. Для каждой партии оформляется сопроводительный документ о качестве, содержащий:
- Номер партии
- Массу партии
- Марку бронзы
- Результаты химического анализа
- Механические свойства (при необходимости)
- Дату изготовления
- Товарный знак предприятия-изготовителя
В партии допускается до 1% ломаных изделий. Для продукции, предназначенной на экспорт, брак не допускается.
Компания «ОборонСпецСплав» осуществляет строгий контроль качества продукции на всех этапах производства, гарантируя соответствие требованиям ГОСТ 18175-78 и другим нормативным документам.
Сравнение с другими марками бериллиевых бронз
| Характеристика | БрБНТ1.7 | БрБ2 | БрБ2,5 |
|---|---|---|---|
| Содержание бериллия, % | 1,6-1,85 | 1,8-2,1 | 2,3-2,6 |
| Дополнительные легирующие элементы | Ni (0,2-0,4%), Ti (0,1-0,25%) | Ni (0,2-0,5%) | Обычно без добавок |
| Предел прочности (состаренное состояние), МПа | 1100-1300 | 1200-1400 | 1300-1500 |
| Электропроводность, % от меди | 30-40 | 25-35 | 20-25 |
| Термостабильность | Высокая | Средняя | Низкая |
| Коррозионная стойкость | Высокая | Высокая | Средняя |
| Обрабатываемость в закаленном состоянии | Отличная | Хорошая | Удовлетворительная |
| Стоимость | Высокая | Высокая | Очень высокая |
| Основные области применения | Пружины, упругие элементы, контакты, судовое оборудование | Пружины, износостойкие детали, электроконтакты | Особо ответственные пружины, высоконагруженные детали |
Часто задаваемые вопросы о бронзе БрБНТ1.7
Какую роль играет титан в составе бронзы БрБНТ1.7?
Титан в составе бронзы БрБНТ1.7 (0,1-0,25%) выполняет несколько важных функций, существенно улучшающих характеристики сплава. Во-первых, титан является сильным модификатором структуры, способствуя измельчению зерна и более равномерному распределению упрочняющих фаз при старении. Во-вторых, он образует с бериллием и медью тугоплавкие интерметаллидные соединения, которые обеспечивают дополнительное дисперсионное упрочнение материала. В-третьих, титан повышает термическую стабильность сплава, замедляя процессы коагуляции упрочняющих фаз при повышенных температурах. Благодаря этому детали из бронзы БрБНТ1.7 могут работать при более высоких температурах без потери упругих свойств, чем аналогичные детали из обычной бериллиевой бронзы БрБ2. Кроме того, титан улучшает технологичность сплава в процессе литья и горячей обработки давлением, повышает сопротивление ползучести и усталостную прочность, что особенно важно для деталей, работающих в условиях циклических и длительных нагрузок.
Почему в бронзу БрБНТ1.7 вводится меньше бериллия, чем в БрБ2?
Содержание бериллия в бронзе БрБНТ1.7 (1,6-1,85%) меньше, чем в бронзе БрБ2 (1,8-2,1%), по нескольким важным причинам. Во-первых, комплексное легирование никелем и титаном позволяет достичь сопоставимого уровня механических свойств при меньшем содержании бериллия благодаря более эффективному механизму дисперсионного твердения. Во-вторых, снижение содержания бериллия улучшает электропроводность сплава, что критично для электротехнических применений. В-третьих, уменьшение количества токсичного бериллия снижает риски для здоровья при производстве и обработке сплава. В-четвертых, более низкое содержание дорогостоящего бериллия делает сплав несколько экономичнее. Наконец, сплав с меньшим содержанием бериллия обладает лучшей технологичностью при обработке давлением, в частности, большей пластичностью в закаленном состоянии, что важно для изготовления деталей сложной формы. Таким образом, бронза БрБНТ1.7 представляет собой технологически и экономически оптимизированный вариант бериллиевой бронзы для специализированных применений.
Какие особенности технологии старения бронзы БрБНТ1.7?
Старение бронзы БрБНТ1.7 имеет ряд технологических особенностей, требующих строгого соблюдения для достижения оптимальных свойств материала. В отличие от обычной бериллиевой бронзы, для БрБНТ1.7 рекомендуется проводить старение при несколько более высокой температуре: 310-330°C против 300-320°C для БрБ2. Это связано с влиянием титана, который стабилизирует структуру сплава при повышенных температурах. Оптимальная продолжительность старения составляет 2-3 часа, причем важно обеспечить равномерный нагрев по всему объему детали для достижения однородных свойств. Скорость нагрева до температуры старения не должна быть слишком высокой, чтобы избежать неравномерного выделения упрочняющих фаз. После выдержки рекомендуется медленное охлаждение на воздухе. Для особо ответственных деталей может применяться двухступенчатое старение: сначала при 310-330°C в течение 2 часов, затем при 250-270°C в течение 3-4 часов, что обеспечивает более стабильную структуру и свойства материала. Температура и время старения могут корректироваться в зависимости от требуемого баланса между прочностью, пластичностью и электропроводностью.
Можно ли использовать бронзу БрБНТ1.7 для изготовления пружин, работающих при высоких температурах?
Бронза БрБНТ1.7 является отличным материалом для изготовления пружин, работающих при повышенных температурах. Благодаря добавлению титана, этот сплав сохраняет свои упругие свойства при температурах до 250-300°C, что существенно выше, чем у большинства пружинных материалов. При температуре 200°C пружины из БрБНТ1.7 практически не теряют упругих свойств даже после длительной эксплуатации (тысячи часов). При 250°C наблюдается снижение упругих характеристик не более чем на 10-15% после 1000 часов работы. Для сравнения, обычные бериллиевые бронзы показывают заметную деградацию свойств уже при 150-180°C, а пружинные стали – при 120-150°C. Кроме того, сплав обладает высокой релаксационной стойкостью – способностью сохранять упругое напряжение под длительной нагрузкой при повышенных температурах. Это делает бронзу БрБНТ1.7 незаменимой для изготовления ответственных пружин и упругих элементов, работающих в термонагруженных узлах авиационной, космической, энергетической и нефтегазовой техники.
Какие зарубежные аналоги имеет бронза БрБНТ1.7?
Бронза БрБНТ1.7 имеет несколько зарубежных аналогов, хотя полного совпадения по химическому составу и свойствам обычно не наблюдается. Наиболее близкими являются: в США – сплав C17510 (Brush Alloy 25) по стандарту ASTM, содержащий около 1,8% Be, 0,3% Ni и 0,2% Ti; в Германии – CuBe1,7 с добавками никеля и титана (DIN 17666); в Японии – аналогичный сплав JIS C1720. Европейский стандарт EN CW101C также описывает сплав с похожим составом. Эти материалы применяются для тех же целей – изготовления высоконагруженных пружин, упругих элементов, контактов и деталей, работающих в сложных условиях. При замене отечественной бронзы БрБНТ1.7 на зарубежные аналоги следует учитывать возможные различия в режимах термической обработки и конкретных механических свойствах. Обычно требуется проведение дополнительных испытаний для подтверждения возможности такой замены, особенно для ответственных деталей в авиационной, космической и военной технике.
Заключение
Бронза БрБНТ1.7 – высокотехнологичный сплав, сочетающий превосходные механические характеристики с хорошей электропроводностью и повышенной термостабильностью. Комплексное легирование бериллием, никелем и титаном обеспечивает уникальный комплекс свойств, делающий этот материал незаменимым для изготовления ответственных деталей, работающих в сложных условиях.
Особенности структуры и возможность значительного упрочнения путем термической обработки позволяют применять бронзу БрБНТ1.7 для производства пружин, упругих элементов, деталей скольжения и электрических контактов, эксплуатируемых при повышенных температурах и в агрессивных средах.
Несмотря на относительно высокую стоимость и необходимость соблюдения специальных мер безопасности при обработке, бронза БрБНТ1.7 остается одним из наиболее эффективных материалов для применений, где требуется сочетание высокой прочности, упругости, износостойкости и электропроводности.
Компания «ОборонСпецСплав» предлагает полный ассортимент продукции из бронзы БрБНТ1.7, произведенной в строгом соответствии с требованиями и с гарантированным качеством и комплексной технической поддержкой.
Материалы данной статьи основаны на результатах многолетних исследований свойств бронзы БрБНТ1.7 специалистами компании «ОборонСпецСплав». В статье учтены современные данные о структуре, свойствах и технологии обработки бериллиевых бронз с комплексным легированием.