Развитие электротехники и электроники, и в частности приборостроения и релестроения, помимо создания электрических проводов, прекрасным материалом для которых стали чистая медь и алюминий, требовало новых материалов для приборов пружинного назначения, контактов-прерывателей и разъемов. Практически идеальными для их изготовления были полуфабрикаты из бериллиевых бронз. Эти сплавы обладали таким комплексом положительных свойств, что, до последнего времени все попытки создания сплавов-заменителей не уступающих бериллиевым бронзам не увенчивались успехом. Но дальнейшее развитие предъявляет все более жесткие требования к точности, надежности и ресурсу работы приборов, и что особенно актуально — экологичности материалов. В настоящее время в промышленности применяется две группы медных пружинных сплавов: упрочняемые холодной деформацией (и, в ряде случаев, так называемым дорекристаллизационным отжигом) и дисперсионно твердеющие.
Сплавы первой группы менее трудоемки в промышленном производстве. Но по своим механическим и физическим характеристикам они уже не удовлетворяют возросшие требования потребителей. Недостатком этих сплавов является также сильное разупрочнение полуфабрикатов при нагреве в процессе производства готовых деталей (пайка, сварка) и относительно пониженная пластичность и электропроводность в деформированном состоянии.
Таких недостатков лишены дисперсионно твердеющие сплавы, характерной особенностью которых является зависимость растворимости легирующих компонентов от температуры. При закалке из однофазной области в твердом растворе фиксируется избыточное количество атомов легирующего компонента по сравнению с равновесным состоянием для данной системы. Образовавшийся пересыщенный твердый раствор термодинамически неустойчив и стремится к распаду, процесс активизируется с повышением температуры. Эффект упрочнения определяется дисперсностью выделений образовавшихся при распаде. Из описанного выше следует практическое применение подобных материалов. Полуфабрикат в закаленном или закаленном и деформированном состоянии методами штамповки можно превратить в изделие самой сложной формы: пружинный контакт, разъем, мембрану, — и, проведя старение, резко повысить прочность и пружинные свойства этого изделия; сохранив его форму.
Отечественная промышленность выпускала три марки бериллиевой бронзы — единственного высокопрочного дисперсионно твердеющего пружинного сплава на медной основе. Расширение производства бериллиевой бронзы в настоящее время сдерживается дефицитностью и дороговизной бериллия, его высокой токсичностью. Кроме того, в ряде случаев, некоторые свойства бериллиевой бронзы уже не удовлетворяют требованиям потребителей (например, максимальная рабочая температура упругих элементов из бериллиевой бронзы > 100-150°С).
Все это явилось основанием для проведения широких исследований, поисков новых высокопрочных дисперсионно твердеющих сплавов на медной основе. Работы ученых привели к созданию Сплава 131.
Сплав 131 отличается от рассмотренных выше тем, что для снижения электрического сопротивления в нем полностью исключен марганец, замененный кремнием, а также значительно уменьшено содержание никеля.
Электропроводность сплава 131 (см. таблицу № 1) оказалась в три с лишним раза выше, чем у камелона, а уровень прочности и упругости остался такой же, как у бериллиевой бронзы.
Преимущество Сплава 131 перед бериллиевой бронзой заключается в способности сохранять упругость при работе в температурах до 250°С. И в настоящее время Сплав 131 является единственным пружинным материалом на медной основе, в котором сочетается высокая электропроводность со стабильностью упругих характеристик при температурах до 250°С.
Таблица 1. Сравнение физико-механических свойств БрБ2 и сплава 131
СВОЙСТВАБРОНЗА Б2СПЛАВ 131σв кгс/мм2115–160120–125δ, %1,52,5HV, кгс/мм2360330-360σ0,005, кгс/мм290-11590-97E (х10–3), кгс/мм212-1314σo – σк , 100% за 100 ч2,01,0Ц при σo = 55-60 кгс/мм27 х 104106ρуд, Ом мм2/м0,070,13
В СССР существовала достаточно стройная система, в которой производство бериллиевых бронз осуществлялось в рамках единого Министерства цветной металлургии. Добыча сырья производилась на Забайкальском ГОК, производство чистого бериллия и лигатуры медь-бериллий осуществлялось в Усть-Каменогорске, и выпуск полуфабрикатов был сосредоточен на Кольчугинском, Московском и Каменск-Уральском заводах по обработке цветных металлов, ВПО «Союзцветметобработка». Общий выпуск полуфабрикатов в виде плит, полос, ленты, фольги, прутков и проволоки достигал почти 2000 тонн в год.
В настоящее время, производство бериллиевых сплавов в России сохранилось только на Каменск-Уральском заводе, да и то он производит круглые полуфабрикаты, не пригодные для изготовления контактов. Еще до недавнего времени работавший Московский завод (ОАО «МЗОЦМ») — готовится к переезду, что в свою очередь приведет к остановке производства. При этом производство лигатуры медь-бериллий оказалось в другом государстве — Казахстане. С учетом того, что уровень цен на прокат из бериллиевых бронз на внешнем рынке, по крайней мере в 2 раза выше, чем на российском, то практически единственной возможностью для бывших предприятия Минсредмаша является применение сплава 131!
В России Сплав 131 производит ЗАО «Мценскпрокат» — предприятие по производству и обработке цветных металлов и сплавов, являющееся преемником Экспериментального Завода Качественных Сплавов
ЗАО «Мценскпрокат» обладает машиностроительным и литейным производством полного цикла, выпускает прокат изделий из цветных металлов и сплавов на их основе. Предприятие располагает также лабораторией стандартных образцов.
В настоящее время завод «Мценскпрокат», сохранивший технологическую базу и производственную культуру завода ЭЗКС, является одним из немногих российских предприятий, имеющим возможность вести опытно-экспериментальную работу.
Мы принимаем заказы на изготовление изделий из сплавов, изготавливаем продукцию из нестандартных сплавов исходя из любых пожеланий заказчика.
Для заказа продукции, а также по всем остальным вопросам обращайтесь в наше торговое представительство по адресу: 105122, г.Москва, Щелковское шоссе, д.2А., тел. +7 (495) 649-30-40
В статье использованы материалы работ Розенберг В. М., Иеглинская З. М., Черникова А. В., «Дисперсионно-твердеющие пружинные сплавы на медной основе», Журнал «Цветные металлы», 1976 год, № 6