2.Описание продукции
Развитие электротехники и электроники кроме создания электрических проводов, прекрасным материалом для которых стали чистая медь и алюминий потребовало новых материалов для контактов прерывателей и разъемов. Практически идеальными для их изготовления стали полуфабрикаты из бериллиевых бронз. Эти сплавы обладают таким комплексом положительных свойств, что, на сегодняшний день все попытки создания сплавов заменителей не уступающих бериллиевым бронзам не увенчались успехом.
2.1. Области применения бериллиевых бронз
По данным аналитического агентства Roskill мировое потребление бериллиевых бронз к началу 21 века оценивалось величиной более 20 тысяч тонн в год.
Использование бериллиевых бронз оправдано в тех случаях когда требуется:
высокая электропроводность;
высокая теплопроводность;
высокие технические и, особенно упругие свойства;
высокая коррозионная стойкость;
отсутствие у материала ферро-магнитных свойств;
безыскровой материал.
Основные отрасли применения являются: средства связи и коммуникации, компьютеры и компьютерная техника, электроника для автомобильной промышленности, детали промышленного оборудования и, особенно, в нефтегазовой промышленности, электрооборудование и приборостроение, аэрокосмическая и оборонная отрасли.
В настоящее время ОАО «Московский завод по обработке цветных металлов» выпускает плоский прокат бериллиевой бронзы в виде ленты и полос БрБ2, БрБНТ1,9, С17200,С 17500,С 17510 (рис.1).
Рисунок 1- Ленты и полосы из бериллиевой бронзы ГОСТ 1789-70
Объём реализованной продукции в 2007 году составил 130407 тонн. По сравнению с 2006 годом объём производства в натуральных единицах был снижен на 74 тонны.
Качество выпускаемой продукции было подтверждено наградой серебряной медалью на выставке «Металл-Экспо 2005» за разработку и качество бериллиевых бронз.
Бериллиевая бронза, обладающая уникальным набором свойств, позволяет, при её использовании в ответственных узлах машин и оборудования, в несколько раз увеличивать такие показатели, как долговечность и надежность. Бериллиевая бронза по механической прочности, износостойкости и коррозионной устойчивости считается одним из лучших материалов для опор скольжения эксплуатируемых в морской воде (насосное и буровое и прочее оборудование при разработке и эксплуатации шельфовых месторождений), пульпах содержащих абразивные и коррозионные вещества (материковые нефтегазовые, и другие месторождения), а также при изготовлении другого высоконадежного оборудования и машин. Бериллиевые бронзы для оснастки и литьевых форм для литья металлов в последнее время применяются все шире. Многие зарубежные производители оборудования для литья сплавов, откликаясь на непрерывно возрастающие требования к качеству литья, используют бериллиевую бронзу в наиболее ответственных узлах литьевых машин (пуансоны, вкладыши, литьевые формы и прочее).
Не смотря на то, что бериллиевые бронзы несколько дороже традиционно используемых материалов, набор отличных свойств бериллиевой бронзы позволяет увеличить межремонтный пробег оборудования, повысить качество литья, что приводит к ощутимому эффекту.
Для использования в особо ответственных изделиях, где ключевыми являются свойства - коррозионная стойкость, твердость, пружинистость предпочтительны высоколегированные бронзы (БрБ2; БрБНТ1,9; С17000; С17200). Основные преимущества высоколегированных бериллиевых сплавов перед другими:
Хорошая электропроводность.
Хорошая теплопроводность.
Коэффициент теплового расширения этих сплавов не зависит от температуры эксплуатации и соответствует КТР сталей, включая нержавеющую, что позволяет использовать их в одном узле.
Магнитная проницаемость этих сплавов приближается к единице, что делает их практически прозрачными для магнитных полей.
Эти сплавы легко поддаются механической обработке, при этом происходит закаливание обработанной резкой поверхности.
Устойчивость бериллиевых сплавов к циклическим нагрузкам и усталостным напряжениям значительно превосходит другие сплавы.
Эти сплавы превосходят большинство медных сплавов по устойчивости к коррозии.
Эти сплавы имеют высокую температуру рекристаллизации и демонстрируют хорошую устойчивость основных свойств в интервале от криогенных до высоких температур.
В последнее время все более широкое распространение, как на мировом, так и на российском рынке, находят низколегированные бериллиевые бронзы, стоимость изготовления которых, как правило, в 2-3 раза ниже высоколегированных, но при этом их свойства остаются на высоком уровне. Это сплавы БрНБТ, МКБ (стандарты России), сплав 3, сплав 10, сплав 174, C17410, C17500, С17510 (зарубежные стандарты).
В тех случаях, когда наряду с высокой твердостью необходимо сочетание высокой электропроводности и теплопроводности при высоких температурах эксплуатации низколегированные бериллиевые бронзы показывают себя наилучшим образом.
Основное применение эти бронзы находят в электродах контактной сварки, литьевых формах для пластмасс и цветных металлов. Основные преимущества низколегированных бериллиевых сплавов перед другими:
Отличная электропроводность.
Высокая теплопроводность.
Коэффициент теплового расширения этих сплавов не зависит от температуры эксплуатации и соответствует КТР сталей, включая нержавеющую, что позволяет использовать их в одном узле.
Магнитная проницаемость этих сплавов приближается к единице, что делает их практически прозрачными для магнитных полей.
Эти сплавы легко поддаются механической обработке, при этом происходит закаливание обработанной резкой поверхности.
Устойчивость бериллиевых сплавов к циклическим нагрузкам и усталостным напряжениям значительно превосходит другие сплавы.
Эти сплавы превосходят большинство медных сплавов по устойчивости к коррозии.
Эти сплавы имеют высокую температуру рекристаллизации и демонстрируют хорошую устойчивость основных свойств в интервале от криогенных до высоких температур.
Основные области применения бериллиевых бронз:
Средства связи и коммуникации. Самой большой областью применения медно-бериллиевых сплавов является их использование в электрических и электронных деталях, в первую очередь в пружинных контактах, переключателях, соединителях в компьютерах и оптико-волоконном телекоммуникационном оборудовании, гнездовые разъемы для соединения интегральных схем с печатной платой. Продолжающееся усложнение компьютерной техники, мобильных телефонов является важнейшим фактором, приведшим к миниатюризации электронных деталей. Это приводит к повышению спроса на медно-бериллиевые сплавы, т.е. для этих деталей требуется более мелкие, более легкие и более надежные соединители. По данным ассоциации промышленных средств связи Японии производство и торговля телекоммуникационным оборудованием с 1992 по 2000 год выросло с 2,5 до почти 4 тысяч млн. иен.
Переключатели. Треть мировых поставок переключателей для электрических схем в 1999 году приходилось на США. Рост поставок вырос с 1991 года до 1999 года с 545 до 832 млн.USD.
Пружины. Большая часть пружин, используемых в электронике изготовляется из медно-бериллиевых сплавов.
По сообщениям Rare Metal News (12.2000 г) производство материалов из бериллиевых бронз для использования в пружинах, используемых в электронике в Японии с 2000 по 2001 год выросло с 1,177 до 1,191 тысяч млн. иен.
Соединители. Медно-бериллиевые бронзы используются в большой гамме соединителей широкого спектра от контактов соединения микропроцессоров с материнской платой до сверхмощных кабелей в том случае, когда определяющими являются надежность соединения.
Индустрия США потребляет более 99 тысяч тонн медных сплавов для соединителей. Доля бериллиевых бронз оценивается в 11% или около 16 тысяч тонн от всего объема.
В компьютерной промышленности потребление соединителей зависит от спроса на микрочипы, который постоянно растет. По оценкам ассоциации полупроводниковой промышленности (SIA) ожидается, что рынок микрочипов вырастет до 244 тысяч млн.USD.
Компьютеры. Компьютеры это один из самых больших рынков, где используются медно-бериллиевые сплавы. В компьютерах они используются в соединителях, пружинах и переключателях.
Оценочно в 1999 году каждый компьютер содержал более 2г бериллия в виде бериллиевых бронз.
Увеличение поставок американских компьютеров составляет в год примерно 20%.
Автомобильная промышленность. Электронные детали, содержащие медно-бериллиевые сплавы, применяются в компонентах двигательного отсека, электронных схемах системы безопасности автомобиля.
Производство и степень компьютеризации автомобилей растет. Оно требует создания новых видов бериллиевых бронз с повышенной электропроводностью.
Бурильное оборудование. Здесь используется такие свойства бериллиевых бронз как высокая прочность, коррозионная стойкость, способность не образовывать искру. Из основного сплава Cu-Be2 изготовляют трубы, резьбовые соединения колонны бурильных труб, безискровой инструмент.
Бериллиевые бронзы востребованы в самых различных областях промышленности, а рынок потребления полуфабрикатов из бериллиевых бронз можно характеризовать как развивающийся.