[拼音]：picai

[外文]：beryllium products

用工業(yè)純鈹經(jīng)粉末冶金和塑性加工工藝生產(chǎn)鈹材和鈹合金材。金屬鈹和含鈹?shù)暮辖鸬纳a(chǎn)始于20世紀20年代。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于制作核反應(yīng)堆的需要，鈹工業(yè)得到很大的發(fā)展。從60年代中期起，鈹在航天事業(yè)中得到應(yīng)用。鈹材的研究在40年代主要解決了鈹?shù)蔫T造和擠壓工藝問題；1947年形成了以粉末冶金為主的流程；70年代初，掌握了微合金化的機理，并應(yīng)用了沖擊研磨、電解精煉、熱等靜壓以及粉末預(yù)處理等工藝，從而使鈹材的力學(xué)性能，得到明顯的改善(伸長率由1％上升到3～4％)。中國的鈹材研制始于1958年，70年代研制成功高通量試驗反應(yīng)堆用的鈹組件和各種鈹材。

鈹?shù)闹凶由⑸浣孛娲?，吸收截面小，適于作核反應(yīng)堆和核武器的反射層和慢化劑，是試驗堆及航天、潛艇等動力堆反射層的主選材質(zhì)。鈹還可用作中子源和用于制造核物理、核醫(yī)學(xué)研究中的核靶、X光管和閃爍計數(shù)器探頭等。鈹單晶可以作中子單色器。因金屬鈹?shù)膹椥阅Ａ颗c密度之比(即比剛度)在金屬中最高（表1），而且比強度和微屈服強度也高，所以可制作各種飛行器的零件。鈹?shù)牧硪恢匾猛臼侵圃旄鞣N高級儀表部件，最具代表性的是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)用的鈹陀螺儀。鈹有劇毒，塑性低，加工制作困難，使它的應(yīng)用大受限制。鈹可作為合金元素，含鈹0.4～2.7%的鈹銅為時效硬化合金最典型的例子。鈹銅的用鈹量約為鈹總消耗量的70％。

常規(guī)應(yīng)用的純鈹材實際上是一種含有彌散氧化鈹質(zhì)點的合金材料。粉末冶金方法制備的鈹材的氧化鈹含量一般為1.2～3.0％。氧化鈹?shù)暮亢途Я６葘Σ牧系牧W(xué)性能，特別是對伸長率的影響比較明顯。晶粒細化可增加抗拉強度和伸長率，氧化鈹含量增加可使強度提高而塑性下降。在鈹基合金中，對鈹鋁合金的研究比較深入。鈹和鋁互不固溶，鈹中添加適量的鋁，能保持較高的彈性模量和較低的密度，并可改善塑性，便于塑性加工和切削加工。鈹鋁合金中的鋁含量可達25～43％。著名的“洛克合金”為含鋁38％的鈹鋁合金，可加工成擠壓材和熱壓板材，已用于火箭的加強結(jié)構(gòu)和飛機的復(fù)翼材料。

鈹材制備

鈹鑄錠晶粒粗大，力學(xué)性能很差（抗拉強度為 2～15公斤力/毫米²，伸長率近于零），除在要求高純度的場合應(yīng)用鑄錠及其加工產(chǎn)品外，鈹材多以粉末冶金工藝制備。工業(yè)用鈹大部分是以鎂還原生產(chǎn)的鈹珠為原料，通過控制雜質(zhì)含量、晶粒度以及熱處理和成型工藝來獲得不同性能的產(chǎn)品。不同等級鈹材的性能見表2。1970年后，用電解法生產(chǎn)的高純鱗片狀鈹，用于制作高強度、高塑性的結(jié)構(gòu)材料。

粉末冶金

鈹珠需經(jīng)真空感應(yīng)熔煉提純，鑄成制粉用的坯錠。坯錠銑削加工成鈹屑，再在惰性氣體保護下研磨成鈹粉。1967年后采用的冷流沖擊制粉法可改善鈹粉質(zhì)量，是制粉工藝的重要發(fā)展。這種方法制成的鈹粉末氧含量較低，顆粒為等軸形。

鈹粉固結(jié)成形的方法主要有：

（1）真空熱壓法，是生產(chǎn)鈹制件以及擠壓坯料和交叉軋制板坯的主要方法。常用石墨模具，真空度為0.5托，溫度為1000～1100℃，壓力在200公斤力/厘米²以內(nèi)。工業(yè)生產(chǎn)的熱壓錠直徑可達1800毫米，重量可達5噸左右。

（2）熱等靜壓法，首先應(yīng)用于鈹粉成形，是固結(jié)高純鈹粉使之達到接近理論密度的有效方法。這種工藝生產(chǎn)的鈹材強度高，塑性好，具有各向同性。這種工藝可直接制成接近產(chǎn)品最終尺寸的坯料，從而降低成本。有些以高純鈹粉為原料，用熱等靜壓方法制成的材料加熱至1260℃，晶粒仍不明顯長大。常用的熱等靜壓工藝參數(shù)為：溫度1060～1095℃，壓力1000公斤力/厘米²。

（3）冷等靜壓－真空燒結(jié)法，冷等靜壓是鈹粉預(yù)成形的常用手段。高于3100公斤力/厘米²的壓力下所成形的坯料可以承受中間切削加工。經(jīng)冷等靜壓和切削加工后的坯料進行真空燒結(jié)。在1200～1245℃下燒結(jié)成的坯料，相對密度可達97～99％，強度接近標準級熱壓鈹材。此法可以制取形狀比較復(fù)雜、各向同性好的產(chǎn)品。

（4）冷等靜壓－熱等靜壓法，冷等靜壓坯料的脫氣和包套封焊的質(zhì)量對熱等靜壓工藝的效果影響很大。目前已可壓制壁厚小于2.5毫米的錐體和直徑410×1020毫米的制品。

（5）冷等靜壓－真空熱壓法，適用于生產(chǎn)長徑比大、形狀不復(fù)雜的產(chǎn)品，也適用于氧含量高的細鈹粉的固結(jié)成形。

塑性加工

鈹性脆，仍可用塑性加工手段將用粉末冶金法制成的坯料加工成棒材、管材、箔材、絲材、鍛件和各種型材。鈹在400℃和800℃左右有兩個塑性峰值區(qū)，分別定為溫加工區(qū)和熱加工區(qū)。大變形量的操作宜在熱加工區(qū)進行，以減少變形抗力。為防止鈹材氧化，改善加工件的應(yīng)力分布狀況和保護環(huán)境，熱加工時應(yīng)將鈹坯封焊在軟鋼包套中。鈹板是鈹材的主要形式，可以制備0.025×51×51毫米到0.5×1220×4572毫米的各種規(guī)格。交叉軋制工藝可以保證產(chǎn)品性能的穩(wěn)定。包套坯料在 780～800℃進行熱軋；厚度小于1毫米的板材，多在330～540℃進行溫軋，然后再冷軋加工。厚度小于7.5微米的箔材一般用真空蒸著工藝制備。鈹?shù)臒釘D壓溫度為885～1060℃，根據(jù)對材料的性能要求，擠壓比可在12:1到40:1之間選擇。實際生產(chǎn)的鈹擠壓材的直徑可達 127毫米。鍛造加工可顯著提高鈹材的強度、塑性和疲勞壽命。儀表級鈹材鍛造后強度和伸長率分別由40公斤力/毫米²和1％提高到70公斤力/毫米²和15％。介于軋制和鍛造之間的環(huán)軋是制取無縫薄壁圓筒或圓環(huán)的方法。鈹絲的拉制工藝也已成熟，可以制備直徑0.025毫米以上的各種鈹絲。

切削加工

鈹對缺口敏感，各種鈹?shù)慕Y(jié)構(gòu)件（包括力學(xué)性能試樣）在切削加工后，均需化學(xué)銑削處理，以除掉厚約 0.1毫米的損傷層。對要求尺寸穩(wěn)定的精密部件，如鈹陀螺和鈹境，還需進行消除應(yīng)力的退火和冷熱循環(huán)處理以使組織穩(wěn)定。常規(guī)的金屬切削方法均可用于鈹，也可采用電火花切割，電化銑削和化學(xué)銑削。

連接

熔焊不適用于粉末冶金鈹制件。鑄錠軋制的板材可用電子束焊接。形狀復(fù)雜的鈹組合件，可用釬焊、粘結(jié)和機械連接等方法。鈹材很少使用擴散粘結(jié)和電阻焊。

參考書目

1. H.H.Hausner ed.， Beryllium，Its Metallurgy andProperties， University of California Press，Berkeley， 1965.
2. D.Webster， D.N.Floyd et al.， Beryllium Science and Technology， Vol.I &Ⅱ，Plenum， New York， 1980.

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標簽：鈹材

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