строение (557054), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Однако, в связи с недостаточной пластичностью более широкое их внедрение в конструкции авиационно-космической техники пока еще существенно сдерживается. Получение технологичных сплавов на основе хрома и успешное опытно-промышленное опробование в авиационных конструкциях позволяет определить области их перспективного использования в качестве высокотемпературных деталей ГТД, ракет и космических аппаратов. Ниобий и сплавы на его основе Жаропрочность чистого ниобия сравнительно невелика, однако при создании сплавов на его основе она может быть существенно повышена легированием. Использование ниобия в качестве основы конструкционных жаропрочных сплавов для летательных аппаратов становится наиболее перспективным в температурном интервале 1100 ...
!400 'С. По удельной прочности в этом диапазоне температур с ниобиевыми сплавами могут конкурировать только сплавы на основе молибдена. Однако они имеют существенно большие по сравнению с последними характеристики низкотемпературной пластичности н технологичности. Эго связано с тем, что ниобий, в отличие от молибдена, менее чувствителен к примесям внедрения и допускает многокомпонентное легированне в довольно больших концентрациях, Кроме того, ниобиевые сплавы имеют более низкую скорость окисления в кислородсодержащих средах вследствие способности образовывать нелетучие окснды, хорошо свариваются.
Конструкции из ниобиевых сплавов более легкие, так как плотность ниобия в 1,2 раза ниже плотности молибдена. Основным недостатком сплавов ниобия является низкая стойкость к высокотемпературному окислению в среде воздуха и проникновению кислорода и других элементов внедрения (С, Н, Н) в глубь материала. Это затрудняет их использование в конструкциях, работающих на воздухе или в других кислородсодержащих средах при высоких температурах, поскольку необходимо защищать поверхность специальными защитными покрытиями. Проблема повышения жаростойкости конструкционных ниобие- вых сплавов является одной из главнейших задач современного материаловедения. Пластичность при низких температурах и обрабатываемость сплавов на основе ниобия зависит от общего количества и соотношения легирующих элементов и примесей внедрения в сплавах.
Наиболее вредной примесью внедрения является водород, который даже при незначительных количествах (0,0008... 0„011 %) вызывает охрупчивание сплавов. Влияние О, 1() и С менее значительно вследствие большой растворимости этих элементов в ниобии. Поэтому даже при суммарном содержании Х и О до 0,1 % ниобий остается пластичным вплоть до криогенных температур. Большинство сплавов ниобия можно обрабатывать давлением при комнатной температуре со значительными степенями деформации, вплоть до 80 % . Пластическая деформация высоколегированных ниобиевых сплавов осуществляется при повышенных температурах в инертной среде или в вакууме. Ниобий и почти все промышленные сплавы хорошо свариваются роликовой, аргонно-дуговой или электронно-лучевой сваркой в защитной среде инертного газа или в вакуумной камере с формированием пластичного при комнатной температуре сварного шва.
Однако повышенные содержания углерода и водорода могут привести к охрупчиванию сварных швов. Ниобий принадлежит к редким и дорогостоящим металлам из-за высоких цен на сырье и сложности технологических процессов получения металла. Однако среди руд тугоплавких металлов ниобиевые руды самые распространенные. Содержание ниобия в земной коре в 10 раз превышает запасы молибдена, вольфрама и тантала. Редкое сочетание полезных механических, физических и химических свойств выдвинули ниобий на одно из первых мест как основу для создания не только высокотемпературных материалов для работы деталей вплоть до 1300... 1400 'С, но и специальных сплавов с комплексом особых свойств: криогенных, сверхпроводящих, радиационностойких, кислотоупорных, коррозионностойких в различных агрессивных металлических расплавах и биологических средах и т.
д. Высокая чистота исходного ниобия, используемого в производстве сплавов, допускает более высокие степени его легирования при сохранении необходимого минимума пластичности. Номенклатурный перечень выпускаемой из ниобия и его сплавов продукции достаточно широк: листы, ленты, полосы, фольги, прутки, проволока, трубы, профили. При разработке ниобиевых конструкционных сплавов обычно преследуются две основные цели: повышение жаропрочности и повышение жаростойкости основы.
Вместе с тем стремятся сохранить высокую технологичность, пластичность при отрицательных температурах и хорошую свариваемость, присущие нелегированному ниобию. ояд яаа у((а га() га т аео уг()() ыр (иго, 'С (гаа "иго. ~ и) ()а() ((х)(у Ряс. !бб. Темяератураая вавнснмость ов двух- фавнмх (() в однофавнмх (У] яяобвевмх сава- нов н частого вяобяя Ряс.!бу.зффектнвность уярочнення кяобня оксндамя, нятрядамн н кар- бядамн ннрконня (яан гафння) Повышение жаропрочности ниобиевой основы получают, используя механизмы твердорастворного и дисперсионного упрочнения. Наибольший эффект достигается при создании сплавов с гетерофазной структурой легированного твердого раствора, упрочненного дисперсными тугоплавкими частицами, которыми обычно являются фазы внедрения (карбиды, нитриды, оксиды или их соединения — оксикарбиды, оксинитриды, карбооксиды), интерметаллиды.
Гетерофазная структура чаще всего формируется дисперсионным твердением вследствие выделения избыточных фаз при термической обработке сплавов (отжиге или закалке на твердый раствор с последующим старением), но и дисперсным упрочнением может быть получена при механическом введении частиц упрочняющих фаз в процессе получения сплава. На рис. 156 приведена температурная зависимость кратковремешюй прочности большинства современных отечественных и зарубежных ниобиевых сплавов с однофазной структурой (область 2) и гетерофазной структурой (область 1). При совместном использовании обоих механизмов упрочнения (область 1) достигается более высокий абсолютный уровень высокотемпературного упрочнения.
Причем, что еще более важно, эффект упрочнения сохраняется вплоть до 1400 'С, тогда как при использовании только твердорастворного механизма (область 2) эффективность упрочнения свыше 1200 'С резко снижается. Основными легирующими элементами почти всех, созданных в СССР и за рубежом, промышленных сплавов ниобия, являются )Ч, Мо, Т1, Та, Ч, Хг, Н1 и небольшие количества элементов внедре- Я ЯСЧ сч 'Я Из яз Я ь ь Я Я О $о ~ а -40 С'$ СР СЧ $О $О $0 $' СЧ э~ Яй ;~О 0 Ю 4~ И ! Ю я $ й й я я $ч Я.— 8 ЯЯЯ Яф'-' С$ $ $Р оо $ $ $Д$ $$$ Я $$Ъ $0 оЯ, С4 о и л $$ , $ Я$ с$ Ыд ~оо Ч== Йы И й ~ $$ М $$ $ ц $$ а" Мы Фз М Ю $$ ~а й д З $$ $$ $$8 Е.
я $ $$ й и я Р $$ $$ $:$ о Ы Ж Х -! $ч $ч Ф-". 1 с$ О шх ае 288 ния (С, О, Ь)). Более тугоплавкие, чем ниобий, Тч', Мо, Та, образующие с ЫЬ непрерывные твердые растворы, вводятся (( 15... 20 %) для реализации твердорастворного механизма упрочнения основы„ которое при больших содержаниях вольфрама частично сохраняется вплоть до 1600... 2000 'С. Цирконий (или гафний), легирование которыми в количествах > 1 — 2 % (ат.) переводит ниобиевые сплавы в группу гетерофазных, служат для образования упрочняющих фаз с элементами внедрения.
Титан мало упрочняет ниобий, но при относительно невысоком содержании (5... 10 %), так же, как и ванадий (~7%), заметно повышает его сопротивление окислению и улучшает технологическую пластичность и обрабатываемость сплавов, содержащих й( и Мо. С той же целью в некоторые ниобиевые сплавы вводят дополнительно небольшие количества (( 0,05) РЗМ (1.а, Се). Легирование вольфрамом, молибденом совместно с Хг, Н! и другими элементами существенно повышает температуру рекристаллизации сплавов — до 1250 ... 1500 'С и в еще большей степени (в 1,2... 1,5 раз) — модуль нормальной упругости вплоть до 1200 ...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
