Изготовление бериллиевых слитков

Бериллиевые слитки получают индукционной вакуумной плавкой, преимущественно в тиглях из окиси бериллия и отливкой в графитовые изложницы.

Иногда плавку ведут в атмосфере аргона. Применением плавки при вакууме 10^-2 – 10^-3 мм рт. ст. (1,33 - 0,13 н/м²) расплав очищается от летучих примесей (магния, натрия и др.). Диаметры получаемых слитков 200—230 мм, вес (масса) до 32 кг и более. Медленно охлажденные слитки имеют крупнокристаллическое  строение и малопластичны. Например, слиток высотой 203 мм и весом (массой) 6,5 кг, состоит всего из 4 кристаллов, со средней площадью сечения каждого около 1935 мм². Однако при быстром охлаждении слитки растрескиваются. Регулируя скорость охлаждения слитков, молено получить слитки удовлетворительного качества.

Можно получить качественные слитки индукционной вакуумной плавкой в совмещении с центробежной отливкой. Плотность металла такого слитка высокая, а содержание газов и окислов незначительное.

Литой бериллий получают также индукционной и электроннолучевой плавкой. Большей прочностью обладает металл, полученный индукционной плавкой, а пластичность выше у металла электроннолучевой плавки. Способы получения порошка и заготовок из него отличаются разнообразием. Например, сначала перерабатывают слиток в стружку, затем размалывают ее в порошок в инертной среде. Заготовку получают спрессовыванием порошка вхолодную или вгорячую. В последнем случае порошок загружают в графитовую или стальную матрицу, где его спрессовывают в вакууме под давлением 3,5 - 17,5 кг/см² (0,35 - 1,75 Мн/м²) при температуре 1052—1093° С, Плотность получается близкой к теоретической (1,8445 г/см³ или 1844,5 кг/м³).

Типичный химический состав спеченной бериллиевой заготовки

Элементы                                 Содержание

Бериллий....................................>98,0

Окись бериллия..........................<2,0

Алюминий....................<0,20

Углерод....................................<0,15

Железо......................................<0,20

Магний......................................<0,08

Кремний....................................<0,12

Другие металлические примеси . . .      0,04

Таким способом получают заготовки диаметром до 1800 мм, высотой до 300 мм, весом (массой) до 1000 кг.

Характеристики прочности и пластичности бериллия, полученные испытанием на растяжение продольных образцов при повышенных температурах.

При температурах до 650° С большим пределом прочности отличается пруток, прессованный при 400—450° С. По мере повышения температуры испытания показатели прочности литого порошкового и хлопьевидного бериллия сближаются и при температуре 700—800° С становятся практически одинаковыми. Хлопьевидный бериллий иногда называют чешуйчатым. В таком виде металлический бериллий получают электролизом из смеси расплавленных хлоридов.

Относительное удлинение металла горячепрессованной порошковой заготовки больше, чем литой. Повышения предела прочности и относительного удлинения добиваются прессованием труб и прутков из слитков, полученных центробежным способом, обеспечивающим у продольных образцов возрастание предела прочности от 16 до 26,2 кг/мм² (от 157 до 257 Мн/м²), а относительного удлинения от 0,3 до 3,3 + 9,8%.

 Бериллий обладает двумя  максимальными пределами  пластичности. Эта его особенность используется при горячей и полугорячей обработках давлением.

На показатели пластичности бериллия наряду с примесями резкое влияние оказывает ориентация зерен и текстура деформации. Например, при испытании на растяжение образцов, взятых из прессованного прутка, относительные удлинения изменялись в зависимости от направления от 45 до 1%.

Для характеристики особенностей бериллия можно указать, что легирующие добавки не улучшают его пластичности.

Слитки и заготовки часто имеют дефекты, затрудняющие получение качественных поковок. В случае плавки в атмосфере аргона или на воздухе, а также при заливке в изложницу сверху металл получается пористым. Снижает пористость вакуумная плавка и заливка металла в изложницу снизу. Во избежание образования неровной поверхности и загрязнения слитка применяют сушку шихты, тиглей и изложниц, удаляя водяные пары.

Вследствие большой усадки (до 3%) при кристаллизации расплава образуется значительная усадочная раковина, для уменьшения которой рекомендуют применять утепленные надставки емкостью около 20% объема слитка. Значительная усадка, особенно толстых слитков, служит причиной их растрескивания в осевой плоскости. Опасность растрескивания снижают подогревом изложниц, выбором оптимальных размеров надставок и установлением оптимальных температур разливки металла.

У заготовок из холодноспрессованиого порошка главным недостатком является пониженная плотность, составляющая 60—70% от теоретической. При штамповке таких пористых заготовок, заключенных в оболочку, происходит уплотнение порошка с образованием складок у оболочек, что ведет к увеличению отходов при обработке поковок. Плотность заготовки повышают горячим прессованием, послойной набивкой порошка в оболочку, а складки можно избежать путем утолщения оболочки.

Перед нагревом слитков и порошковых  заготовок необходимо провести некоторые подготовительные мероприятия. Загрязнения и неровности с поверхности слитка снимают обдиркой на токарном станке на глубину до 2 мм. Иногда заготовку обрабатывают на станке, придавая ей форму, приближающуюся к форме поковки. Этим облегчается оформление отдельных элементов сложных поковок.