Brąz to jeden z metali, którego wpływ na rozwój cywilizacyjny trudno przecenić. Znany już od 3 tysiąclecia p.n.e., czyli wczesnej epoki brązu jako łatwy w pozyskaniu i obróbce był szeroko wykorzystywany do produkcji narzędzi, przedmiotów codziennego użytku, ozdób czy broni. Różne stopy brązu towarzyszą ewolucji używanych przez ludzkość technologii i materiałów od pierwszych grotów strzał lub spinek aż po współczesne łożyska, panewki czy elementy satelitów. Stosowane dziś stopy są o wiele bardziej zaawansowane pod względem doboru charakterystyki poszczególnych składników czy uzyskiwanej czystości. Nowoczesne brązy berylowe, cynowe czy aluminiowe są ważnymi materiałami pozwalającymi na uzyskiwanie wysokich parametrów użytkowych. Przyjrzyjmy się bliżej charakterystyce brązów, a zwłaszcza brązowi berylowemu.
Brąz to jeden z metali, którego wpływ na rozwój cywilizacyjny trudno przecenić. Znany już od 3 tysiąclecia p.n.e., czyli wczesnej epoki brązu jako łatwy w pozyskaniu i obróbce był szeroko wykorzystywany do produkcji narzędzi, przedmiotów codziennego użytku, ozdób czy broni. Różne stopy brązu towarzyszą ewolucji używanych przez ludzkość technologii i materiałów od pierwszych grotów strzał lub spinek aż po współczesne łożyska, panewki czy elementy satelitów. Stosowane dziś stopy są o wiele bardziej zaawansowane pod względem doboru charakterystyki poszczególnych składników czy uzyskiwanej czystości. Nowoczesne brązy berylowe, cynowe czy aluminiowe są ważnymi materiałami pozwalającymi na uzyskiwanie wysokich parametrów użytkowych. Przyjrzyjmy się bliżej charakterystyce brązów, a zwłaszcza brązowi berylowemu.
Właściwości stopów metali nieżelaznych
Metale nieżelazne mają wiele właściwości przydatnych w zastosowaniach przemysłowych, gdzie używane są zarówno w postaci czystej tak jak miedź czy aluminium, jak i różnych stopów. Dzięki domieszce innych metali wytapiając stopy o rozmaitym składzie, można nie tracąc specyficznych cech ich głównego składnika, uzyskać poprawę jego parametrów np. zwiększyć wytrzymałość mechaniczną, elastyczność czy odporność na wysoką temperaturę oraz wzbogacić charakterystykę materiału o dodatkowe elementy, np. zmniejszenie ryzyka wywołania zapłonu czy zmianę poziomu przewodnictwa. W przeszłości wiele stopów powstało ze względu na to, że dodatkowe składniki ułatwiały wytop i obróbkę, zmieniając własności metalurgiczne. Dziś wykorzystanie stopów poza kwestiami związanymi z ich użytecznością ma też często aspekt ekonomiczny, wpływając na obniżenie ceny gotowego wyrobu.
Jednym z częściej wykorzystywanych stopów metali nieżelaznych są brązy, które stanowią połączenie miedzi z innymi związkami chemicznymi, zarówno metalicznymi, np. cyną, aluminium, ołowiem albo manganem, jak i niemetalicznymi, takimi jak krzem. Stopy miedzi w postaci brązów cechują się dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi, w tym niską ścieralnością i wrażliwością na wysoką temperaturę. W zależności od składu stopu nadają się do użytku odlewniczego i do obróbki plastycznej. Wykorzystanie metalurgiczne to przede wszystkim wzbogacane stopy cynowe, np. cynowo-fosforowy czy aluminiowo-żelazowy. W obróbce plastycznej, czyli oddziaływaniu na metal za pomocą siły, która przekracza jego sprężystość i wywołuje zjawisko płynięcia, trwale przekształcające jego strukturę sprawdzają się m.in. brąz krzemowy, manganowy czy berylowy. Właśnie brązy berylowe są jednymi z ciekawszych grup materiału, zarówno ze względu na charakterystykę samego berylu, jak i jego wpływ na cechy miedzi.
Zawartość i zastosowania brązu berylowego
Skład brązu berylowego to połączenie miedzi oraz od 1,6 do 2,1% berylu. Do stopów tego typu wprowadza się również inne dodatki, w tym kobalt i nikiel na poziomie od 0,2 do 0,4%, a także tytan, którego udział waha się od 0,1 do 0,25%. Sam beryl odznacza się bardzo niewielką gęstością na poziomie 1,85 g/cm3, co sprawia, że jego ciężar ustępuje wprawdzie magnezowi, ale jest znacznie niższy od aluminium czy miedzi. Dość często jest więc wykorzystywany w przemyśle lotniczymi i kosmicznym. Wyróżnikiem berylu jest też wysoka temperatura topnienia, wynosząca niemal 1300°C, a także dobra sprężystość.
Brązy berylowe nadają się do obróbki plastycznej prowadzonej na zimno i na ciepło. Ich wytrzymałość mechaniczna jest bardzo wysoka i kształtuje się na poziomie stali ulepszanej cieplnie. Cechą charakterystyczną brązów berylowych jest wysoka odporność na ścieranie. Co ważne mają również wysoką sprężystość oraz wytrzymałość na działanie rozmaitych chemikaliów, oraz znaczną przewodność cieplną i elektryczną. Wśród brązów berylowych spotykamy np. BB1,7 (CuBe1,7) BB2 (CuBe2Ni(Co)), BB1T (CuBe1,7NiTi), BB2T (CuBe2NiTi).
Brązy berylowe są stosowane jako materiał na wiele części maszyn i urządzeń mechanicznych, w tym m.in. na sprężyny i elementy sprężynujące, np. sprężyny amortyzatorów, ze względu na najlepszą odporność mechaniczną wśród brązów. Ich odporność na ścieranie sprawia, że używa się ich także do wykonania części narażonych na znaczne tarcie i wysoką temperaturę, np. gniazda zaworów. Z brązu berylowego robi się też narzędzia. Szczególnie często brąz berylowy jest stosowany tam, gdzie niezbędna jest ochrona przed iskrzeniem, np. przy narzędziach przeznaczonych do stref zagrożonych wybuchem. Nieiskrzenie jest także przyczyną, dla której brąz berylowy służy do wykonywania końcówek w dystrybutorach paliwa. Połączenie przewodności elektrycznej z wytrzymałością na ścieranie powoduje, że z brązu berylowego często wykonuje się szczotki silników elektrycznych. Brąz berylowy jest używany do produkcji różnych elementów aparatury chemicznej oraz niektórych typów rurociągów przemysłowych.
Pewnym ograniczeniem dla stosowania brązu berylowego jest to, że beryl jest stosunkowo drogi, a przy tym toksyczny. Dotyczy to jednak głównie zawierających go pyłów i cieczy oraz wysokich stężeń. W przypadku typowej obróbki czy stosowania brązu berylowego jako elementu maszyn i urządzeń zagrożenia tego typu praktycznie nie występują.
