Ниобиевые сплавы

Определение "Ниобиевые сплавы" в Большой Советской Энциклопедии

Ниобиевые сплавы, сплавы на основе ниобия. Первые промышленные Ниобиевые сплавы появились в начале 50-х гг. 20 в., когда для новых областей техники потребовались материалы, способные работать при температурах выше 1000 °С. Наряду с высокой температурой плавления Ниобиевые сплавы обладают хорошими технологич. свойствами и низкой по сравнению со сплавами на основе др. тугоплавких металлов (Mo, W, Ta) плотностью. Предел хладноломкости малолегированных Ниобиевые сплавы находится ниже температуры жидкого азота. Все эти свойства дают возможность применять Ниобиевые сплавы для теплонагруженных деталей ракет, космических летательных аппаратов и самолётов специального назначения. Небольшое поперечное сечение захвата тепловых нейтронов и хорошая стойкость в контакте с жидкометаллическими теплоносителями делают Ниобиевые сплавы ценным конструкционным материалом атомных реакторов. Ниобиевые сплавы стойки в ряде кислот и др. химических реагентах. Однако Ниобиевые сплавы окисляются при нагреве на воздухе и в др. окислительных средах выше 400 °С, вследствие чего для работы в указанных условиях эти сплавы должны применяться с защитными покрытиями. При 1100 °С скорость окисления Ниобиевые сплавы на воздухе 30—120 г/(м²·ч) [нелегированного ниобия 300—350 г/(м²·ч)]. Ниобиевые сплавы с защитными покрытиями силицидного типа окисляются при 1100 °С со скоростью 0,2—0,4 г/(м²·ч). По физическим свойствам Ниобиевые сплавы мало отличаются от нелегированного ниобия. Сочетание низкого коэффициента линейного термического расширения (8,42·10^-6 при нагреве от 20 до 1100 °С) и высокой теплопроводности [при 1100 °С ок. 59 вт/м·К), или 0,14 кал/сек·см °C)] обеспечивает крупным деталям из Ниобиевые сплавы с защитными покрытиями высокое сопротивление термической усталости.

Основные легирующие элементы Ниобиевые сплавы — Mo, W, V образуют с Nb непрерывный ряд твёрдых растворов, прочность которых выше, чем нелегированного ниобия; кроме того, Ниобиевые сплавы легируются Zr или Hf и С или N. Образующиеся в этом случае малорастворимые в твёрдом растворе высокостабильные карбиды и оксиды и в некоторых случаях оксикарбонитриды вызывают дополнительное упрочнение сплава в результате механического торможения его ползучести.

Модуль упругости Ниобиевые сплавы имеет невысокие значения (таблица), но не снижается с повышением температуры до 1100 °С. Предел длительной прочности за 100 ч при 1100 °С среднелегированных Ниобиевые сплавы (5—10% W или 3—5% Mo, 1—2% Zr или Hf) 100—150 Мн/м² (10—15 кгс/мм²), а высоколегированных Ниобиевые сплавы (15—20% W или 10—15% Mo, 1—2% Zr или Hf, 0,1—0,4% С) 280—300 Мн/м² (28—30 кгс/мм²).

Механические свойства среднелегированных ниобиевых сплавов (средние значения) в горячедеформированном состоянии (степень деформации 70 — 75%).

Температура испытания °С	Модуль упругости<		Предел прочности sв		Относительне удлинение d,%
	Гн/м2	кгс/мм2	Мн/м2	кгс/мм2
20 1100	110—120 110—120	11000—12000 11000—12000	700—800 450—500	70—80 45—50	5—16 15—30

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

Среднелегированные Ниобиевые сплавы 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 основного металла в рекристаллизованпом 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°. Среднелегированные Ниобиевые сплавы свариваются с малолегированными медными, титановыми и циркониевыми сплавами и паяются с др. металлами с применением специальных припоев.

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

Лит.: Ниобий и его сплавы, Л., 1961; Тугоплавкие материалы в машиностроении. Справочник, под ред. А. Т. Туманова и К. И. Портного, М., 1967; Титц Т., Уилсон Дж., Тугоплавкие металлы и сплавы, пер. с англ., М., 1969.
  Г. В. Захарова.