7.2 Ніобій та його сплави

Ніобій - метал з температурою плавлення 2468°С, густиною -8,58 г/см3, має ОЦК гратку. Технічно чистий ніобій має наступні ме­ханічні властивості ав=300-450 МПа, 8=20-50%. Метал має високу технологічність, добре зварюється, корозійностійкий, мало чутливийдо домішок втілення, зберігає високу пластичність при значних кон­центраціях легуючих елементів. До недоліків матеріалу слід віднести низький модуль пружності та схильність до окислення при підвище­них температурах (потребує захисту за допомогою покриттів).

В гратці ніобію може розчинятися значна кількість атомів бага­тьох металів, зокрема такі елементи як: вольфрам, молібден, тантал, цирконій, ванадій, титан є основними при створенні ніобієвих сплавів. Твердий розчин інтенсивно зміцнюють азот та кисень, зміцненню при звичайних та підвищених температурах сприяють цирконій, гафній, вольфрам, молібден, ванадій. Титан мало зміцнює ніобій але позитив­но вливає на пластичність та опір окисленню при підвищених темпе­ратурах. Жароміцність ніобію зростає при легуванні вольфрамом, мо­лібденом, танталом. Максимальний вміст елементів, що є припусти­мим при легуванні сплавів М) (для подвійних систем), складає 15% для вольфраму, 10% - молібдену, 7% - ванадію, 5% - цирконію, 3-5% - хрому. При перевищенні цих концентрацій матеріал має низьку технологічність. Промислові сплави ніобію поділяють на чотири групи:1.  Нелегований ніобій.

2. Помірно жароміцні сплави ніобію (експлуатують до темпе­ратур 1100-1150°С).

3. Жароміцні  сплави ніобію  (експлуатують до температур

1200-1250°С).

4. Високожароміцні сплави ніобію (експлуатують до темпера­тур 1300-1500°С).

Хімічний склад та деякі властивості сплавів ніобію наведені в таблиці 7.1 [4].

Таблиця 7.1 - Хімічний склад та властивості сплавів ніобію

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Група сплавів

Марка

Середній вміст л.е.,%

Густина, г/см3

Механічні властивості (відпалений стан), МПа

При 1095°С

При 1200°С

 

 

 

СТ100

Помірно жароміцні

 

0,82г

8,57

160

77

-

-

 

33Тд 0,752г

10,29

210

95

-

-

Жароміцні

БП-2Л

4МЦ 0,72г, <0,08С

8,65

260

120

240

-

БП-3

4,6МЦ 1,42г, 0,12С

8,6

450

160

250

-

Високо-жароміцні

 

15\¥, 5МЦ 12г, 0,1С

9,42

450

246

350

119

БП-4

9,5МЦ 1,52г, 0,3С, 0,03Се

-

400

280

250

-

Сплави помірної жароміцності не передбачають легування вуг­лецем, фази втілення утворюються за рахунок домішок. Основні легу­ючі елементи - титан, цирконій, тантал. Ці сплави мають високу плас­тичність, добре зварюються. Жароміцні сплави легують вольфрамом, молібденом, цирконієм та вуглецем. Рівень жароміцності підвищуєть­ся за рахунок вольфраму та молібдену, цирконій підвищує технологіч­ність, пластичність, ударну в'язкість. Сплав ВН-2А здатний працюва­ти в широкому діапазоні температур від -196 до 1200°С. Високожаро-міцні мають підвищений вміст вольфраму, молібдену, вуглецю. Зміц­нення пов' язане з легуванням твердого розчину та виділенням диспер­сних надлишкових фаз: карбідів та інтерметалідів, цирконій утворює інтерметаліди типу \¥22г, М022г. Збільшення гетерогенності цих спла­вів ускладнює процес деформування, погіршує зварюваність. Для бі­льшості сплавів передбачено відпалення, гартування використовують лише для високожароміцних сплавів. Недостатня жаростійкість спла­вів змушує використовувати захисні покриття: алюмінідні, силіцидні, керамічні. Може проводитись цинкування - деталь занурюють у роз­плав цинку, після чого проводять дифузійне відпалення, внаслідок якого на поверхні утворюються складні окисли-ніобати цинку, що ма­ють захисні властивості.