Бобылев А.В. Механические и технологические свойства металлов. Справочник

Подождите немного. Документ загружается.

Сурьма СуООО при высоких температурах пластична (чр=95^-98 %),

а при низких — хрупка [1]. Переходы от хрупкости к пластичности

очень резки (рис. 20). Так, при скорости растяжения 0,1 мм/с при 380 "С

•ф

=0, а при 390 °С \|>=95

%•

При уменьшении скорости растяжения до

0,02 мм/с /, смещается до 340 °С, а при увеличении до 8 мм/с высокая

пластичность (тр = 98 %) наблюдается только при 550 °С.

Еще более чистая поликристаллическая сурьма (чистотой

99,997

1мсет

ti=300-f-310

°С [1]. Монокристаллы сурьмы такой чистоты плас-

тичны при 20"С и становятся хрупкими только при

—40°С

(рис. 21).

Микротвердость границ зерен

(вместе с приграничными областями)

на

16 % выше, чем тела зерен, вслед-

ствие наличия межкристаллитных

примесей, прежде всего газовых.

,д)о-о.

сдо-о-

•ю

1__<o3-J

••«••»-

Но,

7050

f Т

950

I Щ-

••-•»»

•»—

850

-200

+ZOO

+U00t

K°C

Рис.

21.

Влияние температуры

испытания

поликристаллов

(кривая

/) и

монокристаллов

(кривая

сурьмы

на

угол

из-

гиба

v. а

также температуры

закалки

на

микротвердость

гра-

ниц

Н^Р и

тела

Hi!

зерен

по-

ликристаллов

(о

у'

Г,

MUH

Рис.

23.

Влияние времени выдерж-

ки

при

100°С

(I), 150 °С (2) и

200

"С (3)

после закалки

от 400 "С

на

разность микротвердости границ

тела зерен поликристаллов сурь-

ь,ДН

Т,ч

Рис.

22.

Влияние времени выдерж-

ки

при 20 "С

после закалки

от

400

"С на

микротвердость границ

НСР

тела

HJL

зерен поликри-

сталлов сурьмы

2,1

2,0

1.6

1,1

0,6

0,4

ол

-к

1'Л

2,8

5,1

юоо1т,к

Рис.

24.

Влияние температуры

вы-

леживания закаленных

от 400 "G

образцов полнкристаллическоя

сурьмы

на

время достижения

50 %•

яого различия

ыикротвердостн

границ

тела зерен

Закалка

образцов понижает микротвердость границ зерен. С повы-

шением

температуры закалки микротвердость границ зерен уменьшает-

ся,

приближаясь к микротвердости тела зерна. Наименьшая температура

закалки

(300 °С) практически совпадает с температурой хрупкости сурь-

мы чистотой

99,997

% (рис. 21).

Микротвердость границ зерен закаленных образцов сурьмы с вы-

держкой постепенно увеличивается и при 20 °С через 7 ч достигает зна-

чений,

которые были до закалки (рис. 22); процесс ускоряется при по-

вышении

температуры (рис. 23).

Длительность выдержки закаленных образцов поликристаллической

сурьмы для достижения 50 %-ного различия в микротвердости границ и

тела зерен уменьшается с повышением температуры (рис. 24).

Выравнивание твердости границ и тела зерен при закалке объясня-

ется

уходом

примесей от границ в тело зерен. Выдержка при 20 °С за-

каленных образцов снова приводит к межзеренной сегрегации примесей

даже

при этой температуре, позволяющей протекать процессам переме-

щения

примесей, приводящим к существенному изменению свойств ме-

талла.

Пластичность монокристаллов сурьмы зависит от чистоты. При чис-

тоте

>99,999% (полученной 120-кратной зонной очисткой сурьмы на-

чальной чистоты 99,5 %) они легко изгибаются при 20 °С, без разруше-

ния;

монокристаллы чистотой

99,98%

менее пластичны [1].

ВИСМУТ

Атомный номер висмута 83, атомная масса

208,980,

атомный радиус

0,182 им. Известно более 20 искусственных изотопов и один природный

изотоп с массой 209. Электронное строение [Хе]

Электро-

отрицательность 1,4. Потенциал ионизации

7,237

эВ. Кристаллическая

решетка—ромбоэдрическая с параметром а=0,47457 нм и а =

57°14'13".

Плотность 9,84 т/м

. /™ =

271°C,

/кпп

1557°С,

Температурный

коэффи-

циент

объемного расширения висмута равен:

Г, К 2 5 20 28 58 75 283"

р.10', К-

. .

0,0236

0,28 11,85 18,42 31,5 34ЛЗ

39,65

Влияние температуры на

упругие

постоянные висмута, ГПа, пока-

зано

ниже:

т,

к . .

...

. • .

Си

• • •

. • .

4,2

68,7

23,7

—

8,4

40,6

12,9

22,5

68,6

23,8

—

8,0

40,6

12,7

22,4

300

63,7

24,9

24,7

7,2

38,2

11,2

19,4

301

63,5

24,7

24,5

7,2

38,1

11,3

19,4

412

60,3

24,7

24,4

6,7

36,7

10,3

17,8

452

59,1

24,5

24,3

6,5

36,2

10,0

17,3

502

57,5

24,3

6,2

35,5

9,5

16,6

544

56,1

23,9

24,2

6,0

34,9

9,0

16,1

Механические свойства висмута при 20 °С:

£=34

ГПа G = 12 ГПа

ц=0,33,

НВ 9.

Висмут чистотой

99,999

% и менее (0,0001% РЬ,

0,0003%

Ni,

0,00001

% Ag) при 20 °С хрупок; при высоких температурах пластичен

Л,

гп

, °С . . . О 50 100 160 210

ст" МШ . . . 14/15

24/25

17/19 14/16 -/12

6 % 0 26/4 67/16

45/65

—/52

•ф',

% 1/0 33/2 95/11

88/99

—/96

2 1

Примечание.

числителе

—

значения

при

е=2-10

-с , в

знаменате-

ле

—

при е=2-10

~ с

—1

Благоприятное влияние растворения поверхностных дефектов,

уста-

новленное ранее

для

каменной соли, имеет место

и для

металлов.

Монокристаллы висмута наиболее хрупкой ориентации

(угол

между

плоскостью базиса

осью образца

~90°) при 20 "С

имели более высокое

истинное

сопротивление разрыву

относительное удлинение

в том

случае,

когда разрыв выполнялся

в 25 %-ной

азотной кислоте (знаменатель),

не

на

воздухе

(числитель). Результаты испытаний

монокристаллов

да-

ны

ниже

[9]:

Номер

монокри-

сталла

1 2 3 4 5 6 7 8

8,2 7,4 8,4 12,0 12,4 8,7 7,7 8,3

SA, МПа .... —- •—

2,0 4,3 4,0 7,0 13,0 3,7 —

5,0

23Д>

16,7 25,1 5,0

Резкое

повышение пластичности при

100—200

°С нельзя отнести за

счет превращений в самом висмуте, так как физические свойства чистого

висмута

(99,9999

%) в интервале

25—265

°С изменяются плавно по кри-

вой,

приближающейся к прямой [1].

Пластичность монокристаллов висмута значительно зависит от

угла

между

плоскостью скольжения и направлением растяжения. При

угле

>55°42'

происходит хрупкий разрыв, а при

угле

<55°92'

относительное

удлинение равно 100 % при 20"С и 200 % при

250°С

[1].

Благоприятно

ориентированные монокристаллы висмута чистотой

99,999

% обладают высокой пластичностью и при низких температурах

Еще сорок лет тому назад указывалось [1], что висмут отнюдь не

отличается хрупкостью, о которой часто упоминается в литературе.

Горячим выдавливанием висмута можно получить прутки, проволоку

диаметром до 0,1 мм и пластины толщиной 0,3 мм; оптимальная темпе-

ратура

деформации

150—250

°С. Тонкая проволока выдерживает при

20 °С многократный изгиб на 180° [1].

ПОЛОНИЙ

16.

МЕТАЛЛ

VIB

ПОДГРУППЫ

Атомный номер полония 84, атомная масса 209, атомный радиус 0,153 нм.

Известно

25 радиоактивных изотопов с массовыми числами

194—218.

Наиболее долгоживущий — с атомной массой 209 с периодом полурас-

пада 103

года.

Электронное строение [Хе]

Электроотри-

цательность 2,0. Потенциал ионизации 8,20 эВ. Кристаллическая решетка

а-простая кубическая с параметром а=0,3359 нм и Р-ромбоэдрическая

параметром а=0,3369 нм и

ан-98°144';

температура перехода 54 °С.

Плотность

полония 9,314 т/м

(ос-Ро) и

9,523

т/м

((5-Ро). t

=246

°С, ^кпп=962°С. Температурный коэффициент линейного расшире-

ния

а=20,8-10~

К"

. Удельное электросопротивление р=42 мкОм-см.

Модуль упругости

£=26

ГПа.

Полоний

—мягкий металл, химически активен, на

воздухе

окисля-

ется.

При работе с миллиграммовыми количествами полония его радио-

активное

излучение озонирует кислород

воздуха,

что вызывает интенсив-

ное

окисление образцов, а при работе с граммовыми количествами про-

исходит значительное радиогенное разогревание образцов, приводящее

необходимости их принудительного охлаждения.

Полоний

реагирует со многими элементами. Температуры начала ре-

акций

синтеза, испарения и диссоциации его соединений приведены в

табл. 20. Косвенным путем получены соединения полония с водородом

даже с гелием.

ТАБЛИЦА

20.

ТЕМПЕРАТУРА

НАЧАЛА

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

(Н),

ИСПАРЕНИЯ

(И) ИЛИ

ДИССОЦИАЦИИ

(Д) СОЕДИНЕНИЙ

ПОЛОНИЯ

ОТНОШЕНИЕ

ПОЛОНИЯ

ЭЛЕМЕНТУ

(Ро : Э) [241

Эле-

мент

О)

Са

Мп

Си

Температура

600

250

350

>125

550

850

540

350

550

340

940

250

500

350

460

400

550

340

370

340

E>600

—

650

190

»>600

1040

—

>500

400

650

526

—

°c

500

—

700

660

—

400

420

980

200

—

1300

700

550

420

670

420

200

Ро:Э

1,0

0,5

1,0

0,5

1,0

0,9

1—2

1,0

0,25

1,0

0,95

0,5

1,0

0,25

Эле-

мент

О)

Аи

Температура,

525

600

380

—

E>650

200

350

600

400

600

850

600

800

500

700

800

700

800

1000

700

>650

—

400

700

>1500

1040

1300

°c

1300

700

>450

—

850

1100

—_

—

Ро:Э

1,0

0,92

2,0

—

1,0

ПОЛОНИЙ

не взаимодействует с рядом элементов при нагревании до

следующих температур, °С: с углеродом, алюминием и железом до 700;

азотом и кремнием до 850; с кобальтом до 900; с серой, хромом и тех-

нецием

до 1000; с рением до 1040; с рутением и осмием до 1050; с мо-

либденом, танталом и вольфрамом до 1600 [24].

17.

МЕТАЛЛЫ

IA ПОДГРУППЫ

Водород,

литий,

натрий,

калий,

рубидий,

цезий

франций

отличаются

особенно высокой химической активностью, обусловленной легкостью

отдачи своего валентного электрона. Они являются энергичными вос-

становителями

других

металлов из их соединений. Стандартный элект-

родный потенциал щелочных металлов наиболее отрицателен, ионизаци-

онный

потенциал и электроотрицательность низкие, минимальные — у

франция.

Металлы IA подгруппы энергично реагируют с водой, возду-

хом и другими веществами. Рубидий, цезий и франций самовоспламеня-

ются на

воздухе,

другие

щелочные металлы — при небольшом нагрева-

нии.

Все они имеют низкие значения температур плавления и кипения,

твердости и прочности (наибольшие у лития), пластичны, легко поддают-

ся

холодной прокатке и выдавливанию; однако волочение их невозможно.

В эту подгруппу включен и водород (хотя многие ученые считают его

аналогом фтора и он включен в VIIB подгруппу), поскольку водород,

как

и галогены, образует гидриды с некоторыми металлами и отличает-

ся

от щелочных металлов более высоким потенциалом ионизации.

Однако нами это сделано на основании следующих обстоятельств:

1. Д. И. Менделеев в Периодической системе поместил водород в

первую группу.

2. Фтор энергично соединяется со всеми металлами, образуя фто-

риды, водород — только с активными металлами и при нагревании.

3. Водород образует соединения с неметаллами при большом выде-

лении

тепла; гидриды металлов, наоборот, нестойкие и легко разлага-

ются даже при воздействии воды.

4. В электрохимическом ряду напряжений водород находится в

средней части, вытесняя металлы из их солей при больших значениях

потенциала металла, и замещается металлами при меньших значениях,

т. е. ведет себя, как любой металл.

5. При электролизе водород вместе с другими металлами выделяется

на

катоде; галогены и кислород выделяются на противоположном

электроде — аноде.

6. Меньшая химическая активность водорода (молекулярного) по

сравнению со щелочными металлами объясняется образованием моле-

кулы Н

с большим выделением тепла; атомарный водород очень ак-

тивен.

7. Чистый твердый водород не только пластичен, но и сверхпла-

стичен.

Ниже

приведены значения стандартных электродных потенциалов

металлов при 25 ° С [25], В:

—3,045

А1

—1,662

Cd —

0,403

Bi 0,215

—2,925

—1,628

—0,277

CuO,521

—2,925

—1,180

Ni —

0,250

0,788

—2,923

Cr — 0,913 Sn — 0,136 Ag

0,799

—2,866

—0,763

Pb — 0,126 Ptl,2

—2,714

—0,440

HO Au 1,691

—2,363

ВОДОРОД

Атомный номер водорода 1, атомная масса

1,0079,

атомный радиус

0,046

нм. Два стабильных изотопа: протий и дейтерий с массовыми чис-

лами 1 и 2; два радиоактивных изотопа с массовыми числами 3 (тритий)

4. Электронное строение Is

. Кристаллическая решетка при

—272

°С

п.

г. с параметрами а=0,376 нм и с=0,613 нм; при

—269

°С — кубичес-

кая

с параметром а=0,535 нм. Водород —самый теплопроводный из

всех газов.

1„

=—259

°С; /

ип=—253 °С. Плотность твердого водорода

при

—260

°С равна

0,076

т/м

В области гелиевых температур поликрнсталлические образцы па-

раводорода обнаруживают значительную пластическую деформацию,

скорость которой не зависит от температуры, но довольно чувствитель-

на

к примеси дейтерия [26]. Монокристаллы параводорода с содержа-

нием

0,2 % ортоводорода имеют равномерное удлинение 6^50 %.

Пластичность возрастала при понижении температуры до —271 °С. При

этой

температуре образцы не разрушались даже при быстром нагруже-

нии.

При

—271,5

°С параводород сверхпластичем. Пластичность пол-

ностью исчезала при наличии следов примесей [27].

Скорость ползучести поликристаллических совершенно прозрачных

образцов твердого водорода чистотой не ниже

99,9999

% в значитель-

ной

степени зависит от их качества и наличия примесей. При содержании

0,2 % ортомодификации и напряжении 55 кПа скорость ползучести рав-

на

3,68-10-

с~',

тогда как в нормальном водороде с 75 % ортоводорода

0,175-10~

с"

. В абсолютно свободном от примесей параводороде она

может достигать исключительно больших значений.

ЛИТИЙ

Атомный номер лития 3, атомная масса 6,941, атомный радиус 0,157 нм.

Известно

четыре изотопа, из них два стабильных с атомными массами

6 и 7. Электронное строение [Не] 2s

. Электроотрицательность 0,6. По-

тенциал ионизации 5,39 эВ. Кристаллическая решетка — о. ц. к. с пара-

метром

0,35023

нм; при температуре ниже —195 "С решетка п. г. с па-

раметрами а =

0,3111

нм и е =

0,5098

нм; с/а=

1,639.

Плотность лития

0,536

т/м

. /

.,=

180°С,

<к1ш

120

100

iJUli

-269 -233 -№-153 413-73 -33 +7

-253-213-173

-93 -53 -13+27

Рис.

25. Влияние температуры на механические свойства лития при низких

температурах

Механические свойства лития чистотой 99,3 % приведены на рис

-«[1]. Твердость лития при 20 °С НВ 0,5. При низких температурах ли-

тии чистотой 99,7 % имеет следующие свойства [1]:

'исп,

—269

—253

—193 —78 +20

«в. МПа 49 42 13 5 1

- % 54 29 27 38 52

Недостаточная чистота лития (99,3—99,7%) и крупное зерно

(>1

мм) приводят к некоторому понижению пластичности.

НАТРИЙ

Атомный

номер

натрия 11,

атомная

масса

22,99,

атомный

радиус

0,192 нм. Известно 6 изотопов,

стабильный

атомной

массой

23. Эле-

ктронное

строение

[Ne]3s'.

Электроотрицательность

0,5. Потенциал

ионизации 5,138 эВ.

Кристаллическая

решетка

— о. ц. к. с

параметром

0,429

нм;

ПЛ

=98°С,

КЛП

878

С.

Плотность

0,97 т/м

. При

температу-

ре

ниже

—233

°С —

структура

п. г. с

периодом

а=0,3767

нм.

Ниже показано влияние

температуры

на

свойства

натрия

чистотой

99,8%

(iJi=100

%):

t исп. °С . . +17 —23 —63 —123 —196 -223

—269

—272

, МПа ... 6 7 7 8 9 10 27 29

, МПа . . 2 2 3 4 5 15 16 14

6,'% 165 145 120 100 70 80 130 135

КАЛИЙ

Атомный номер калия 19, атомная масса 39,098, атомный радиус

0,236

нм. Калий имеет два стабильных изотопа с атомными массами 39

41. Электронное строение

[Ar]4s'.

Электроотрицательность 0,45. По-

тенциал ионизации

4,339

эВ. Кристаллическая решетка — о. ц. к. с па-

раметром а=0,5247 нм. Плотность 0,86 т/м

. <

ПЛ

63°С,

ип=759°С.

Твердость НВ 0,04.

Калий

всегда пластичен в широком интервале температур:

ncn

°С . . .

—266

—261

—257

—251 —243 -233 —196 —78

б,

% 43 46 41 48 54 39 44 80

\|),

% 100 100 100 100 100 100 100 100

При

понижении температуры до

—269

°С, наличии примесей мышь-

яка,

углерода и селена, повышении скорости растяжения до 500 мм/мин

даже при глубоком надрезе бритвой пластичность калия сохраняется

Хрупкое межкристаллитное разрушение вблизи точки плавления, от-

меченное ранее, обусловлено наличием примесей. У калия высокой чис-

тоты оно наблюдалось всего лишь на несколько десятых долей градуса

ниже точки плавления. При наличии примесей эта температура пони-

жается до 49 "С.

Калий

чистотой

99,999

% при низких температурах имеет следую-

щие механические свойства [1]:

ЯСП)

"С . . . -269 -253 -193

, МПа ... 5 4 2

6, % 13 19 15

i|>,

% 100 100 100

Повышение

чистоты калия приводит к меньшему деформационному

упрочнению и понижению общего удлинения за счет уменьшения равно-

мерного удлинения.

РУБИДИЙ

Атомный номер рубидия 37, атомная масса 85,47, атомный радиус

0,253

нм. Известно более 20 искусственных изотопов и один стабиль-

ный

с атомной массой 85. Электронное строение [Кг]5s

. Электроотри-

цателыюсть 0,4. Потенциал ионизации 4,176 эВ. Кристаллическая ре-

шетка—о. ц. к. с параметром

0,570

нм. Плотность 1,532 т/м

. /

л=40 С,

'кип

= 686

С. Рубидий — очень мягкий металл (мягче воска); НВ 0,02.

ЦЕЗИЙ

Атомный номер цезия 55, атомная масса

132,905,

атомный радиус

0,274

нм. Известно более 20 радиоактивных изотопов; стабилен с атом-

ной

массой 133. Электронное строение

[Xe]6s'.

Электроотрицательность

0,35. Потенциал ионизации

3,893

эВ. Кристаллическая решетка — о. ц. к.

с параметром

0,6141

нм. Плотность 1,9 тУм\ /

л=28°С,

вп

670°С.

Модуль

упругости

£=1,7 ГПа, НВ

0,015.

ФРАНЦИЙ

Атомный номер франция 87, атомная масса 223, атомный радиус 0,28 нм.

Известен 21 радиоактивный изотоп, наиболее долгоживущий — с атом-

ной

массой 223 и периодом полураспада 22 мин. Электронное строение

[Rn]7s'. Потенциал ионизации 3,98 эВ. Электроотрицательность 0,3.

Плотность 2,44 т/м

. /,

1Л

26°С,

ип = 677 "С.

Франций

— самый тяжелый, легкоплавкий, летучий, мягкий и плас-

тичный из

всех

щелочных металлов; ближайший аналог цезия.

18.

МЕТАЛЛЫ

ПА ПОДГРУППЫ

Бериллий,

магний,

кальций,

стронций,

барий

радий

химически активны.

В этом отношении они лишь немного

уступают

щелочным металлам.

На

воздухе

легко окисляются,

могут

вытеснить водород из воды. Бе-

риллий и магний с водой реагируют медленно, так как образующиеся

пленки

гидроксидов малорастворимы в воде и поэтому затрудняют даль-

нейшее окисление.

Первые два металла этой подгруппы занимают особое положение:

бериллий по некоторым свойствам близок к алюминию, а магний — к

цинку.

Кальций, стронций и барий называют щелочноземельными. Они

образуют

гидриды и нитриды; с увеличением атомной массы это взаи-

модействие усиливается.

Отличительная особенность радия — радиоактивность: по химиче-

ским

свойствам он аналог бария, но еще более активен.

Пластичность металлов этой подгруппы ниже, чем щелочных ме-

таллов. Наиболее низкая пластичность — у бериллия и стронция, но это

не

природная их особенность, а следствие недостаточной чистоты. Ис-

пытания

более чистого бериллия несомненно позволят выявить природ-

ную пластичность этого металла, поскольку зонная очистка увеличивает

относительное удлинение в 40 раз. Уменьшение размеров зерна прино-

дит к понижению концентрации примесей по границам зерен, и, следо-

вательно, к улучшению пластичности, что доказано, напри?лер, для маг-

ния.

Кальций

и стронций значительно отличаются по пластичности.

У кальция i]) = 62 °/о, у стронция 1|>=11 %; у кальция 6 = 60%, у строн-

ция

6=1 %. Эти более высокие значения 6 и \р у кальция относятся к

1967 г.; испытания кальция чистотой 99 % в 1957 г. показали г|) = 8 % и

6 = 3 %. Следовательно, низкие значения стронция обусловлены наличи-

ем примесей. Очистка стронция несомненно существенно

улучшит

его

пластичность. Важно также проводить испытания в

средах,

не вызыва-

ющих межкристаллитного воздействия.

БЕРИЛЛИЙ

Атомный номер бериллия 4, атомная масса

9,012,

атомный радиус

0,223

нм. Известен один стабильный изотоп и пять радиоактивных. Эле-

ктронное строение [Не] 2s

. Электроотрицательность 1,1. Потенциал

иони-

зации

9,32 эВ. Кристаллическая решетка — п. г. с параметрами а=

=0,2286 нм, с=О,3584 нм, с/а=

1,5671;

при температуре выше 1250 °С—

ц. к. с параметром

0,2551

нм. Плотность 1,85 т/и

. *

ПЛ

=1277°С,

/к

ИП

=2450°С.

При

20 °С в атмосфере

воздуха

бериллий устойчив вследствие об-

разования защитной оксидной пленки. При температуре выше 700 °С

он

окисляется; при

1000°С

окисление проходит с очень большой скоро-

стью. С азотом бериллий реагирует при температуре выше 500 °С, с

водородом — выше 1000 "С.

Бериллий

при 20 °С хрупок. Он относится к малопластичным мате-

риалам, остается таким и при удалении следов примесей [1]. Пластичен

бериллий только при 400 °С, а при

850 °С красноломок и разрушает-

ся

по границам зерен и лишь го-

рячевыдавленный из порошка бе- 600^ 1 1 1 1

-/{120

риллий обладает при

20°С

повы-

шенными

свойствами в продоль- • -у, , ^^—а; i ..

ном

направлении: ст

= 560 МПа, 400\ ^v; J>rj3F Н аи

=275 МПа, 6=16% [1].

Испытания

на растяжение

технического бериллия при 20—

1000 °С в вакууме 10-

Па пока

,ппа

д,1//,

BOO

zoo

ZOO 400 600 800

n°C

Рис.

26.

Влияние

температуры на ме-

ханические

свойства бериллия

чисто-

той

99,9 %

зали значительную зависимость

механических свойств от содержа-

ния

примесей, величины зерна и

технологии изготовления [1].

Наибольшую пластичность

после выдавливания (6 = 55 %,

\|)=67

%) при 400 °С имел дистил-

лированный бериллий, горячепрес-

сованный

из порошка 50 мкм.

Основная

причина низких результатов механических испытаний —

наличие значительного количества примесей: металлических (до 0,3 %

Fe)

и неметаллических. Так, примесь кислорода

(0,1—0,4

%) почти на

два порядка превышала его предельную растворимость в твердом бе-

риллии.

При

испытании более чистого (99,9 %) дистиллированного мелко-

зернистого бериллия (/•=25) [1] временное сопротивление его плавно

уменьшалось, а пластичность увеличивалась при повышении темпера-

туры, достигая высоких значений при

800—1000

"С (рис. 26); проч-

ность на сжатие при 20 "С достигала 147 МПа, образцы не разрушались

даже

при деформации 50 %.

Хладноломкость бериллия также вызвана примесями. С повышени-

ем чистоты (о чем можно судить по величинам г) порог хрупкости сме-

щался от 118 к 87 °С, прочность увеличивалась (табл. 21).

Испытания

трижды дистиллированного металла (чистотой 99,95%),

содержащего, %: Fe

0,004,

АК0.003, Си

0,002,

Si<0,002, Мп 0,001,

показали,

что температура перехода к хрупкости такого бериллия ниже,

ТАБЛИЦА 21. ВЛИЯНИЕ ЧИСЛА ДИСТИЛЛЯЦИИ НА СОДЕРЖАНИЕ

ПРИМЕСЕЙ

БЕРИЛЛИИ

И ЕГО СВОЙСТВА [1]

ло

дне

яций

т|

0,02

0.007

0,003

—

0,001

А1

0,012

0,003

0,002

< 0,001

Си

0,015

0,0065

0,0013

0,0014

0,0006

Примесь,

0,0007

0,0001

0,0002

<0,0002

Ми

0,001

0,002

0,0003

0,0002

0,0017

Не

оби.

Сг

0,024

Не

обн.

152

270

J«

118

108

СП

667

676

706

745

833

чем технических сортов металла, содержащих большее количество при-

месей. С уменьшением размера зерьм понижалась температура, при ко-

торой достигался

угсл

изгиба, равный 80° [1]:

Размер зерна, мкм

Температура, "С .

114 74 42 31

91 73 38 22

Относительное удлинение бериллия при 20 °С повышалось с умень-

шением

величины зерна и повышением его чистоты.

Деформированный бериллий промышленной чистоты с величиной

зерна 30 мкм имел 6=7 %, а чистый бериллий с той же величиной зер-

на

12 %; при величине зерна 100 мкм соответствующие значения б 3,5 и

7,5 %.

Бериллий

технической чистоты (96%) при 0 и 800 °С имел низкое

относительное удлинение, лишь при

400—600

С оно повышалось до 15—

25 %,

тогда

как у бериллия чистотой 99,9 % относительное удлинение

непрерывно повышалось от 7 % при 0°С до 105 % при 900 °С [1].

Бериллий

чистотой

99,95

% (который авторы [1] считают «высоко-

чистым») в режиме сверхпластичности (температура

600—700

"С, ско-

рость деформации 10~

с-

), имеет б>200 % при величине зерна 10—

12 мкм и 6 = 350 % — при зерне 2—3 мкм.

Даже при оптимальных условиях сверхпластичности после достиже-

ния

6=100^-150% происходит локализованная деформация и образу-

ется шейка.

Монокристаллы бериллия, полученные зонной плавкой, пластичны

при

комнатной температуре: после зонной очистки в атмосфере высоко-

чистого аргона 6=140% [1], а после пятикратной зонной очистки ва-

куумплавлениого бериллия 6 достигало 222 % [1].

Важнейшая отличительная особенность бериллия — исключительно

низкая

растворимость в нем примесей (хрома, меди и никеля). Даже

очень чистый бериллий представляет собой пересыщенный твердый раст-

вор,

содержащий выделения вторичных фаз: границы зерен обогаще-

ны

примесями.

В промышленном бериллии содержатся металлические фазы (в част-

ности,

металлид на основе алюминия, способный образовывать легко-

плавкую эвтектику), вызывающие разрушение бериллия при

500—650°С

[28].

Это

ухудшает

работоспособность конструкций, например деталей

теплопоглощающих элементов авиационных тормозов, которые должны

обладать повышенной стойкостью к тепловым

ударам

и не растрески-