НИОБИЕВЫЕ СПЛАВЫ

НИОБИЕВЫЕ СПЛАВЫ, сплавы на основе ниобия. Первые пром. Н. с. появились в нач. 50-х гг. 20 в., когда для новых областей техники потребовались материалы, способные работать при темп-pax выше 1000 "С. Наряду с высокой темп-рой плавления Н. с. обладают хорошими технологич. свойствами и низкой по сравнению со сплавами на основе др. тугоплавких металлов (Mo, W, Та) плотностью. Предел хладноломкости малолегированных Н. с. находится ниже темп-ры жидкого азота. Все эти свойства дают возможность применять Н. с. для теплонагруженных деталей ракет, космич. легат, аппаратов и самолётов спец. назначения. Небольшое поперечное сечение захвата тепловых нейтронов и хорошая стойкссть в контакте с жидкометаллич. теплоносителями делают Н. с. ценным конструкц. материалом атомных реакторов. Н. с. стойки в ряде кислот и др. хим. реагентах. Однако Н. с. окисляются при нагреве на воздухе и в др. окислит, средах выше 400 °С, вследствие чего для работы в указанных условиях эти сплавы должны применяться с защитными покрытиями. При 1100 °С скорость окисления Н. с. на воздухе 30- 120 г/(м²ч) [нелегировапного ниобия 300-350 г/(м²ч)]. Н. с. с защитными покрытиями силицидного типа окисляются при 1100 °С со скоростью 0,2 - 0,4 г/(м²ч). По физ. свойствам Н. с. мало отличаются от нелегированного ниобия. Сочетание низкого коэфф. линейного термин, расширения (8,42-10^-6 при нагреве от 20 до 1100 °С) и высокой теплопроводности [при 1100 °С ок. 59 вт/мК), или 0,14 кал/(сек х см х °С)] обеспечивает крупным деталям из Н. с. с защитными покрытиями высокое сопротивление термич. усталости.

Осн. легирующие элементы Н. с.- Mo, W, V образуют с Nb непрерывный ряд твёрдых растворов, прочность к-рых Механические свойства среднелегированных ннобиевых сплавов (средние значения) в горячедеформированном состоянии (степень деформации 70 - 75%). выше, чем нелегированного ниобия; кроме того, Н. с. легируются Zr или Hf и С или N. Образующиеся в этом случае малорастворимые в твёрдом растворе высокостабильные карбиды и оксиды и в нек-рых случаях оксикарбонитриды вызывают дополнит, упрочнение сплава в результате механич. торможения его ползучести.

Температура испытания, °С

Модуль упругости

Предел прочности а_д

Относительное удлинение 8,

%

Гн/м²

кгс/мм²

Мн/м²

кгс/мм^г

20

110-120

11000-12000

700-800

70-80

5-16

1100

110-120

11000-12000

450-500

45-50

15-30

Модуль упругости Н. с. имеет невысокие значения (табл.), но не снижается с повышением темп-ры до 1100 ^оС. Предел длительной прочности за 100 ч при 1100 °С среднелегированных Н. с. (5- 10% W или 3-5% Мо, 1-2% Zr или Hf) 100-150 Мн/м²(10-15 кгс/мм²), а высоколегированных Н. с. (15-20% W или 10-15% Мо, 1-2% Zr или Hf, 0,1-0,4% С) 280-300 Мн/м²(28 - 30 кгс/мм²).

Н. с. получают путём плавки в вакуумных дуговых печах с расходуемым электродом, электроннолучевых и плазменных печах, обеспечивающих достаточную чистоту металла (гл. обр. по элементам внедрения - О, N, Н, С) для сохранения его пластичности. Первую деформацию Н. с. производят при 1200-1600 ^оС (нагрев в нейтральной среде, в вакууме или в обычной атмосфере печи при условии нанесения на нагреваемые полуфабрикаты спец. защитных эмалей). Деформацию полуфабрикатов в основном производят на воздухе (при 800-1200 °С). Для гомогенизации и дегазации слитки Н. с. подвергают вакуумному отжигу при 1500-2000 °С в течение 5-10 ч с последующим отжигом при 1300- 1350 "С в течение 10 ч в вакууме (1 х 10^-4мм рт. ст. и выше). Для снятия напряжения деформированные полуфабрикаты Н. с. нагревают при 1000- 1100 ^оС в течение 0,5-1 ч, а для рекристаллизации - при 1350-1450 °С в течение 0,5-1 ч. Освоена вакуумная прокатка листов.

Среднелегированные Н. с. хорошо обрабатываются давлением, из них готовят поковки, прессовки, штамповки, листы, фольгу и трубки различных размеров (вплоть до капилляров). Эти сплавы удовлетворительно обрабатываются резанием, свариваются аргонно-дуговой, контактной и электроннолучевой сваркой. Прочность сварного шва составляет не менее 90% от прочности осн. металла в рекристаллизованном состоянии. Пластичность сварных соединений выражается углом загиба до появления первой трещины (на оправке с радиусом, равным толщине свариваемого листа) и составляет при аргонно-дуговой сварке в камере с нейтральной средой 120-180°. Средне-легированные Н. с. свариваются с малолегированными медными, титановыми и циркониевыми сплавами и паяются с др. металлами с применением спец. припоев.

Наряду с жаропрочными Н. с. важное значение приобрели сплавы Nb с Zr, Sn и Ti, являющиеся сверхпроводниками. Критич. плотность тока Н. с. зависит от вида деформации, режима термич. обработки и направления магнитного поля. Сверхпроводящие Н. с. применяются в мощных ускорителях, квантовых генераторах, отражателях горячей плазмы в термоядерных установках и т. д. Технология произ-ва полуфабрикатов из сверхпроводящих Н. с. (проволока, лента, трубы и др.) сходна с технологией произ-ва жаропрочных Н. с.

Лит.: Ниобий и его сплавы, Л., 1961; Тугоплавкие материалы в машиностроении. Справочник, под ред. А. Т. Туманова и К. И. Портного, М., 1967; Т н т ц Т., У н л-с о н Дж., Тугоплавкие металлы и сплавы, пер. с англ., М., 1969. Г. В. Захарова.