Учёные нашли ключ к правильному старению бериллиевой бронзы

Повышение прочности бериллиевой бронзы ведёт к снижению её электропроводности, и наоборот. Однако учёным из Уфимского университета науки и технологий удалось улучшить оба свойства сплава. Его результаты были опубликованы в журнале Frontier Materials & Technologies Тольяттинского государственного университета (ТГУ). 

Бериллиевая бронза – сплав меди и бериллия, который широко используется в производстве за счёт уникального комплекса свойств. Среди них – электропроводность, прочность, износостойкость; сплав не даёт искры при ударе и не магнитится. Это позволяет использовать его при производстве инструментов для опасных сред, приборов для высокоточных измерений, в космической, электротехнической, нефтегазовой промышленности и так далее.

Из всех сплавов на основе меди бериллиевая бронза обладает наибольшей прочностью. Между тем учёные продолжают искать способы повышения этого свойства металла. Уфимские исследователи поставили перед собой более сложную задачу – увеличить не только прочность, но и электропроводность медного сплава с содержанием 2 % бериллия. В ходе серии экспериментов его подвергли интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК) с последующим старением, представлявшим собой температурное воздействие на металл, в результате которого происходит распад зафиксированного закалкой пересыщенного состояния сплава.

– До настоящего времени при проведении ИПДК и последующего старения бериллиевой бронзы основное внимание уделялось повышению прочности. Увеличению электропроводности большого значения не придавалось, в то время как сочетание этих двух показателей имеет большое практическое значение для инновационного применения медных сплавов в электротехнике, – поясняет Лилия Зайнуллина, старший преподаватель кафедры материаловедения и физики металлов Уфимского университета науки и технологий. – Обычно повышение одного показателя ведёт к снижению другого. Нам же удалось существенно повысить электропроводность сплава, увеличив также его прочность. Скажу больше. Опираясь на основные принципы и успехи ведущей научной школы России под руководством Руслана Зуфаровича Валиева, мы получили более высокие показатели этих свойств по сравнению с тем, чего добивались ранее наши коллеги, исходя из описанных в литературе данных.

Исследователи из Уфы изменили привычную продолжительность термообработки бериллиевой бронзы. Они отказались от долговременного старения металла в течение 10–20 часов, сократив температурное воздействие после ИПДК до 1 часа. В дальнейшем учёные намерены продолжить эксперименты с временем старения.

– Мы хотим посмотреть, сохранится ли баланс прочности и электропроводности при длительных термических воздействиях после пластической деформации, – говорит Лилия Зайнуллина. – Кроме того, мы планируем сменить схему деформации. Вместо ИПДК опробовать равноканально-угловое прессование (продавливание материала через пересекающиеся под углом каналы с одинаковой площадью поперечного сечения. – Прим. авт.) с дальнейшей прокаткой металла. В то время как пластическая деформация кручением позволяет увеличивать прочность и электропроводность только небольших деталей, прокатка даст нам возможность получать высокопрочные полосы и листы, которые используются в различных областях промышленности. Так что исследования только начинаются.

Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках проекта «Фундаментальные исследования новых принципов создания перспективных электромеханических преобразователей энергии с характеристиками выше мирового уровня, с повышенной эффективностью и минимальными удельными показателями, с использованием новых высокоэффективных электротехнических материалов».

В исследовании «Влияние старения на микротвёрдость и электропроводность сплава Cu–2 вес. % Be» принимали участие специалисты Уфимского университета науки и технологий:

• Лилия Зайнуллина, старший преподаватель кафедры материаловедения и физики металлов;

• Елена Саркеева, старший преподаватель кафедры материаловедения и физики металлов;

• Игорь Александров, доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры материаловедения и физики металлов;

• Руслан Валиев, доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры материаловедения и физики металлов, директор НИИ ФПМ.

Журнал Frontier Materials & Technologies является рецензируемым научным журналом и издаётся с 2008 года. До декабря 2021 года выходил под названием «Вектор науки Тольяттинского государственного университета» (Science Vector of Togliatti State University / Vektor nauki Tolyattinskogo gosudarstvennogo universiteta).