строение (557054), страница 68
Текст из файла (страница 68)
1400 'С, что дает возможность проектировать ниобиевые конструкции с повышенной удельной жесткостью. Общий эффект упрочнения в гетерофазных ниобиевых сплавах зависит от степени легированности твердого раствора и еще более значительно — от типа и количества упрочняющей фазы. Эффективность упрочнения ниобия фазами внедрения в дисперсионно твердеющих сплавах зависит помимо легирования от температуры эксплуатации сплавов. На рис. 157 приведены сравнительные температурные зависимости степени упрочнения ниобия карбидами, нитридами и оксидами (на примере соединений циркония), показывающие, что в области высоких температур (800 ... 1400 'С) наиболее эффективно — карбидное упрочнение.
Химический состав ряда конструкционных ниобиевых сплавов и их свойства приведены в табл. 28. Общепринятой классификации ниобиевых сплавов нет. По уровню жаропрочности их можно разделить на следующие группы: высокожаропрочные (рабочие температуры до 1200... 1800 'С); жаропрочные и относительно окалиностойкие (до 1200... 1250 'С); технологичные и умеренно жаропрочные (до 1!00... !150 'С).
Основой большинства жаропрочных и высокожаропрочных сплавов являются сплавы систем: ЫЬ вЂ” !а1, ЫЬ вЂ” Мо или ЫЬ вЂ” )а$' — Мо (Мо и и! в сумме ( 15... 25 %), дополнительно легированные для образования карбидных упрочняющих фаз карбидообразующими элементами — Хг (( 2 %) или Н1 (( 2...
10 %) и значительными количествами углерода (0,05... 0,4 %). Из отечественных сплавов представителями группы высокожаропрочных сплавов являются ВН вЂ” 4, РН вЂ” 6 (табл. 28). В отличие от ВН вЂ” 4 (с карбидным упрочнением) сплав РН вЂ” 6 относится к системе Ы вЂ” Тч — Мо — Ег с интерметаллидным упрочненнем частицами %,2г и Мо Хг. Низкая технологичность этой группы сплавов вызывает трудности в обработке их давлением при изготовлении деформированных полуфабрикатов.
К группе жаропрочных и относительно окалиностойких относятся сплавы ВН вЂ” 2, ВН вЂ” 2А, ВН вЂ” 2АЭ, ВН вЂ” 3, ВН вЂ” 5А, 5ВМЦ (с карбидным упрочнением) и сплавы НЦА — 45, НЦА — 90 (с нитридным упрочнением). Средний уровень прочности сплавов этой группы при 1! 00 'С в отожженном состоянии о,~ 280... 450 МПа, а длительной прочности — оф !20... 160 МПа.
Сплавы марок НЦА относятся к системам Ь!Ь вЂ” Уг — Ы, 1$!Ь вЂ” 1!7 — Ег — Ы. В отличие от сплавов с карбидным упрочнением, даже при больших количествах упрочняющей нитридной фазы (( 4 %), у них сохраняется высокая пластичность (могут деформироваться в холодную вплоть до 80 % деформации) из-за сохранения нитридами, по сравнению с карбидами, дисперсного состояния до более высоких температур. Хотя сплавы этой группы и имеют в несколько раз большее сопротивление окислению, чем у нелегированного ниобия, тем не менее их жаростойкость низка. Наиболее распространенный вид термической обработки ниобневых сплавов — отжиг, обеспечивающий выделение упрочняю- щих фаз внедрения (карбидов, нитридов).
Резервом повышения жаропрочности, который пока из-за технологических трудностей редко используется, является закалка с последующим старением. Так для сплава ВН вЂ” 3 в результате такой термообработки наблюдается увеличение 100-часовой длительной прочности при 1100 'С на 50 % (табл. 27). Для увеличения эффекта старения возможна также предварительная пластическая деформация. При температурах > 1200 'С большинство сплавов теряют эффект дисперсионного упрочнения и сохраняют, в основном, твердорастворное упрочнение. Умеренно жаропрочные сплавы отличаются малой легированностью.
Они относятся в основном к системе ЫЬ вЂ” 1 ... 7 % Ег— ~ 0,1 % С, однако могут быть дополнительно легированы одним или несколькими из следующих элементов: ( 5 % Ч, ( 32 % Та, ( 7 % Т1, < 11 % Н1 или Т! и др. Содержание углеродав них на уровне ( 0,1 %, поэтому количество образующихся карбидов незначительно и, следовательно, мал эффект упрочнения. Разработка жаростойких сплавов на основе ниобия, также как и на основе Мо, %, пока не дала положительных результатов. Скорости окисления даже лучших по жаростойкости ниобиевых сплавов (систем ЫЬ вЂ” Т! — 1У, ЫЬ вЂ” Т1 — Мо, ЫЬ вЂ” А! — Ч) при 1000...
1200 'С на несколько порядков выше, чем для лучших сплавов никеля, поскольку из-за высокого сродства ниобия к кислороду трудно подавить образование на поверхности при высоко- температурном окислении пористой, дефектной окалины (с низким сопротивлением диффузии через нее кислорода), состоящей преимущественно из высшего оксида ниобия — ЫЬ Оз. Среди отечественных сплавов относительной жаростойкостью до 1100 'С обладает сплав ВН вЂ” 7 (40 % Т1, 5 % Ч, 0,08 % С, ИЬ— ост.), однако жаропрочность его низка, Низкая жаростойкость жаропрочных ниобиевых сплавов сдерживает их широкое использование, так как создает большие технические трудности, связанные с защитой поверхности от окисления при технологической обработке и эксплуатации. В настоящее время работоспособность жаропрочных ниобиевых сплавов в окислительных высокотемпературных средах обеспечивают жаростойкими тугоплавкими покрытиями.
Разработано значительное количество покрытий для защиты от высокотемпературной газовой коррозии ниобиевых сплавов. Хотя ни одно из них не является универсальным, т. е. способным удовлетворить в комплексе многочисленным требованиям, вытекающим пз условий эксплуатации и технологии нанесения, тем не менее их использование позволяет применять ниобиевые сплавы в качестве конструкционного материала авиационно-космической техники. Наиболее широко применяемыми и перспективными с точки зрения надежности защитного действия ниобиевых сплавов вплоть до 1400 ... 1500 'С вЂ” длительно (от десятков до нескольких сотен 290 часов) и до 1700...
1800 'С вЂ” кратковременно являются силнцидные покрытия. Рабочие температуры ниобиевых сплавов зависят от характера эксплуатационной среды. В нейтральных средах, в вакууме максимальные температуры длительной эксплуатации — 1300 ... 1400 'С, кратковременной — 1500 ... 1700 'С. До этих же температур возможна эксплуатация и на воздухе либо в других кислородсодержащих газовых средах, но прн условии защиты поверхности от высокотемпературной газовой коррозии жаростойкими защитными покрытиями.
Без покрытий температуры эксплуатации жаропрочиых сплавов не превышают 500... 700 'С, жаростойких — 1000... 1!00 'С. Рабочие температуры использования в расплавах щелочных металлов — до 800... 1100 'С, в агрессивных металлических расплавах — до 1000 'С. Ниобиевые сплавы применяются в теплонагруженных силовых и несиловых элементах конструкций авиационно-космической техники; энергетических установках и бортовой аппаратуре космических аппаратов; деталях и узлах двигательных установок, работающих в условиях ядерного (нейтронного) облучения; в элементах конструкций, работающих в расплавах щелочных металлов, жидкометаллических средах.
Кроме того, ниобий и его сплавы используются как конструкционный материал в криогенных установках и деталях ракетно-космической техники, работающих в условиях глубокого холода, а также как конструкционный материал специального приборостроения — взамен более дорогого тантала и сплавов на его основе. Несмотря на нарастающий интерес к ниобиевым сплавам со стороны авиационной промышленности, перспектива широкого их внедрения в конструкции авиационно-космической техники, работающие в условиях воздействия высокотемпературных кислородсодержащих газовых сред, связана с решением проблемы защиты поверхности от окисления, До сих пор ниобиевые сплавы используются, в основном, в кратковременно работающих конструкциях и широко не внедряются из-за трудностей в обеспечении надежной защиты от окисления, имеющего место в изделиях длительной эксплуатации в среде воздуха уже при 400...
600 'С. 8 4. Углерод-углеродные материалы Углерод-углеродный (С-С) материал представляет собой композицию, в которой в качестве матрицы используют кокс, полученный в результате высокотемпературного обжига отвержденных термореактивных смол: фенолоформальдегидных„фурановых, а также полиимидов, полифениленов, каменноугольных и нефтяных пеков. В качестве наполнителя используют углеродные волокна. К одномерным материалам относятся такие композиции, где в качестве наполнителя используют углевату, углематы, рубленое волокно, крученые нити, Двумерные материалы содержат в качестве !о~ в,, мп» 7, КГ/н' о,/7 7««в, Мпв Компоаиннонный матернаа: однонаправленный на вы.
сокомодуаьном волокне на трехмерной графи»оной ткани 1520 619 0,41 ! 450 98 0,068 25,0 9 5. Углеграфитовые матерналы Углеграфитовые материалы, названия которых объединены термином «графит», состоят из чистого углерода и отличаются друг от друга ст а структурой н свойствами, зависящими от природы исходных веществ, технологии получения и последующейобработки. Косновным достоинствам этой группы материалов относятся невысокая плотность, жаропрочность, возрастание прочности при нагревания, ф икционные свойства, высокий коэффициент черноты, споб асобность к замедлению нейтронов и легкость механической о раПриродный графит не находит применения в качестве конструкционного материала вследствие его высокой анизотропии и невысокой прочности.
Искусственные углеграфитовые материалы подразделяются на три класса: технический, пнролитическнй графит, стеклоуглерод. Технический графит получают из нефтяного н пекового кокса, сажи и других твердых углеродсодержащих материалов. оь наполннтеля ткани; многомерные материалы получают при определенной укладке волокон. При их ориентации в определенном направлении композиты имеют ярко выраженную аннзотропню свойств.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
