Лекции по свариваемости металлов, страница 11

По комплексу свойств ниобий – один из наиболее перспективных тугоплавких металлов. Ниобий представляет собой блестящий серебристо-белый парамагнитный металл с объемно-центрированной кубической кристаллической решеткой, плотностью равной 8,58 г/см³ температурой плавления 2487^о. С и температурой кипения 4930^о С.

По механическим свойствам металлический ниобий почти идентичен танталу. Он обладает высокой пластичностью и, как следствие, очень легко прокатывается.

С химической точки зрения ниобий можно отнести к элементам с пониженной химической активностью или соответственно к металлам с очень большой устойчивостью к действию различных химических реагентов.

При обычной температуре ниобий не взаимодействует с водой, перегретым паром и жидкими щелочными металлами.

Интенсивное окисление ниобия происходит с 500^оС.

При температуре 200^оС. – 250^оС. начинается взаимодействие с водородом.

При нагреве в среде азота нитриды образуются, начиная с 600^оС- 800^оС.

Благодаря высокой температуре плавления, большой способности к эмиссии электронов, способности адсорбировать при нагревании различные газы, ниобий применяется в вакуумной технике, радиотехнике, радиолокационной и рентгеновской аппаратуре.

Изготовление конструкций с применением ниобиевых сплавов, предполагает возможность соединения их с другими металлами.

К числу элементов с малой растворимостью в тугоплавких металлах относятся железо, кобальт, никель и ряд других, т. е. большинство основных элементов, входящих в состав нержавеющих сталей. Они обладают ограниченной взаимной растворимостью с молибденом и ниобием и образуют целый ряд химических соединений, характеризующихся исключительной хрупкостью. Кроме того, при сварке тугоплавких металлов со сталями вследствие большой разницы в температурах плавления и коэффициентах линейного расширения возникают значительные деформации и напряжения, что приводит к возникновению трещин в сварном шве. Для получения сварных соединений тугоплавких металлов со сталями используют следующие пути:

- легирование металла шва элементами, образующими непрерывный ряд или широкую область твердых растворов, как с тугоплавким металлом, так и с элементами стали;

- применение промежуточных вставок, хорошо сваривающихся с тугоплавким металлом и со сталями;

- непосредственное соединение путем расплавления стали без расплавления тугоплавкого металла методом сварки - пайки.

Легирование металла шва затрудняется отсутствием специальных присадочных материалов и сложностью введения их в шов в процессе сварки. Сварка с использованием промежуточных вставок из третьего металла нетехнологична.

Особый интерес в этом направлении представляют соединения ниобия с аустенитными нержавеющими сталями, так как эти стали успешно работают при температуре до 600° С, сохраняя высокую коррозионную стойкость при этих температурах в различных агрессивных средах.

Проблемы сварки ниобиевых сплавов со сталью связаны в основном с факторами:

- большое различие в кристаллическом строении;

- большое различие теплофизических свойств;

- разность коэффициентов линейного расширения;

- степень хрупкости переходных зон, размеры и свойства которых

изменяются с повышением температуры и времени взаимодействия.

Все рекомендации по сварке сводятся к приемам, устраняющим или уменьшающим эту зону. К ним (для нашего случая, соединения ниобия со сталью) относятся применение прослойки из ванадия, или осуществления соединения методом сварки - пайки.

Для сварки ниобия и его сплавов используют следующие способы сварки: плавлением в вакууме и в среде инертных газов, контактную точечную и роликовую, диффузионную в вакууме, трением на воздухе, в среде инертных газов и в вакууме. Из перечисленных способов в основном применяют сварку плавлением – электронно-лучевую и дуговую в среде аргона и гелия. [3]

При дуговой сварке в инертных газах лучшие результаты обеспечиваются при сварке в камерах с контролируемой атмосферой или с местной защитой приточным инертным газом в накидных камерах. В случае, когда требуется высокая точность размеров конструкций, целесообразно применять электронно-лучевую варку. Используют сварку сфокусированным и расфокусированным лучом импульса. Последняя уменьшает вероятность появления трещин и прожогов.

На свойства сварного соединения существенное влияние оказывают не только способ сварки, но и подготовка поверхности ниобия перед сваркой. Некоторое снижение прочности при аргонодуговой сварке можно объяснить ухудшением смачиваемости и расширением зоны термического влияния по сравнению со швами, выполненными электронно-лучевой сваркой.

Кроме того, низкая концентрация энергии известных источников нагрева не позволяет получать сварные соединения с малой шириной зоны термического влияния и малыми термическими деформациями. Эти причины обусловили применение при сварке тугоплавких металлов электронно-лучевой установки, обеспечивающей высокую удельную мощность в пятне нагрева и вакуумную защиту металла шва.

10 Свариваемость разнородных материалов различными способами.

1. Лахтин Ю.М. Материаловедение / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева/ - М: Издательский дом Альянс, 2009, 528 с.

2. Арзамасов Б. Н. Материаловедение / Б. Н. Арзамасов, Г. Г. Мухина / - М.:Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. 646 с.

3.Ефименко Л.А. Металловедение и термическая обработка сварных соединений. / Л.А. Ефименко, А.К. Прыгаев, О.Ю. Елагина/ М: Логос. 2007-455с.

4.Бузевич Г.И, Константинова М.В., Николаева Е.А., Гусева. Е.А. Металловедение черных сплавов. Лабораторный практикум. Иркутск: изд-во ИрГТУ, 2007 г., 64 с.

Рекомендуемое информационное обеспечение дисциплины.

Основная учебная литература

1. Лахтин Ю.М. Материаловедение / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева/ - М: Издательский дом Альянс, 2009, 528 с.

2. Арзамасов Б. Н. Материаловедение / Б. Н. Арзамасов, Г. Г. Мухина / - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. 646 с.

3.Ефименко Л.А. Металловедение и термическая обработка сварных соединений. / Л.А. Ефименко, А.К. Прыгаев, О.Ю. Елагина/ М: Логос. 2007-455с.

4.Бузевич Г.И, Константинова М.В., Николаева Е.А., Гусева. Е.А. Металловедение черных сплавов. Лабораторный практикум. Иркутск: изд-во ИрГТУ, 2007 г., 64 с.

Дополнительная учебная и справочная литература Дать свою литературу

1. М.В. Гречнева, Н.В. Павлов, А.Е. Неживляк, В.М. Кирьянов Триботехнические свойства пар трения деталей железнодорожного подвижного состава,

восстановленных износостойкой наплавкой// Сб. докладов межрегионально-

го семинара «Современное оборудование, технологии и материалы для сва-

рочного производства» Томск – 2004 – с. 67-75.

2.Зайдес С.А., Вулых Н.В. Технология изготовления и сборки изделий из

пластмасс. Методическое пособие. – Иркутск, 2005. – 82с.

4. ГОСТ 5632 Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жа-

ростойкие и жаропрочные. Марки.

5. ГОСТ 6996 Сварные соединения. Методы определения механических

свойств.__