9.4 7.4. Прецизионные сплавы

Ниобиевые сплавы с особыми физическими свойствами можно разделить на следующие подгруппы: сверхпроводящие сплавы, спла­вы с заданными значениями теплового коэффициента линейного рас­ширения (ТКЛР) и сплавы с высокими упругими свойствами. Наи­большее распространение получили сверхпроводящие сплавы. К спла­вам с заданными значениями ТКЛР относится PH-12, предназначенный для использования в конструкционных электровакуумных приборах вместо дефицитного тантала в спаях со специальным стеклом.

К числу сплавов с высокими упругими свойствами принадле­жат сплав 55БТЮ (37...40 % Ti, 5...6 % Аl, остальное ниобий), обла­дающий наряду с высокими упругими свойствами жаропрочностью и коррозионной стойкостью, а также немагнитностью и малым из­менением модуля нормальной упругости при нагреве. Сплав 55БТЮ предназначен для изготовления пружин ответственного назначения, используется в термически упрочненном состоянии.

9.4.8. Применение ниобия и его сплавов

До 60-х годов ниобий применялся главным образом как добавка, улучшающая свойства различных сплавов. Так, 1...5 % ниобия до­бавляют к жаропрочным сплавам в связи с тем, что он повышает их сопротивление ползучести. Добавки ниобия к хромалюминиевым ста­лям предотвращают выделение хрома по границам зерен, благодаря чему уменьшается свойственная им межкристаллитная коррозия. Ниобием легируют и многие цветные металлы. Так, алюминий, лег­ко растворяющийся в щелочах, не реагирует с ними, если в него до­бавлено всего 0,05 % ниобия. А медь, известную своей мягкостью, и многие ее сплавы ниобий словно закаляет.

Он увеличивает прочность таких металлов, как титан, молиб­ден, цирконий и одновременно - повышает их жаростойкость и жаро­прочность. Сейчас свойства и возможности ниобия по достоинству оценены авиацией, ракетостроением, машиностроением, радиотех­никой, химической промышленностью, ядерной энергетикой. Все они стали потребителями ниобия. Благодаря достаточной прочнос­ти, пластичности и теплопроводности при температурах выше 1000 °С, сравнительно малому удельному весу и хорошей техноло­гичности ниобий и его сплавы могут быть прекрасным конструкци­онным материалом для реактивных двигателей и ракет. Примене­ние ниобия в качестве конструкционного материала для газотурбин­ных двигателей позволяет поднять температуру газов перед турби­ной выше 1000 °С и, следовательно, обеспечить увеличение мощно­сти двигателя, дальности и скорости полета самолета.

В настоящее время изучается возможность использования нио­бия при температурах около 1400 °С, для изготовления турбинных лопаток, передних кромок крыльев, носовых концов самолетов и ракет и для обшивки ракет. Многие исследователи полагают, что рабочую температуру сплавов на основе ниобия можно повысить до 1700 °С.

Уникальное свойство - отсутствие заметного взаимодействия ни­обия с ураном при температуре 1100°С и, кроме того, хорошая теплопроводность, небольшое эффективное сечение поглощения теп­ловых нейтронов, сделали ниобий серьезным конкурентом признан­ных в атомной промышленности металлов - алюминия, бериллия и циркония. К тому же искусственная (наведенная) радиоактивность ниобия невелика. Поэтому из него можно делать контейнеры для хранения радиоактивных отходов или установки по их использова­нию. Химическая промышленность потребляет сравнительно немно­го ниобия, но это объясняется только его дефицитностью.

Высокая коррозионная стойкость ниобия позволила использовать его в медицине. Ниобиевые нити не вызывают раздражения живой тка­ни и хорошо сращиваются с ней. Восстановительная хирургия успешно использует такие нити для сшивания порванных сухожилий, кровенос­ных сосудов и даже нервов. В настоящее время ниобий находит все боль­шее применение в электровакуумной технике и электротехнике [60].

Механические свойства ниобиевого сплава Таблица 46

σ1000, МПа

80

180…190

σ100, МПа

140…150 200

90 50

220…250 130

φ, %

ε, %

18…20 45…55 25

35 35

20…25

4…5 10 12 17

22…26 26

σ0,2, МПа

700

620

σв, МПа

750 180…200 80…100 500

400…450 80…100

310…350

200…400 450 300 100

260…300 240…200

t. ºC

20 1200 1500 1000

1100 1500

1100

20 1000 1100 1200 1500

1100 1200

Состояние материала

Прессованный

Холодноката-ный (ε ≈ 90 %)

Рекристалли-зованный

Холодноката-ный (ε ≈80-90%)

Рекристалли-зованный (1300 ºС, 1 час)

Полуфаб-рикат

Пруток

Лист

Лист

Лист

Пруток

Марка сплава

ВН-2

ВН-2А

ВК2А

Продолжение таблицы 46	σ1000, МПа		90	220…230 100.110		Обозначения: t. ºC- температура; σв- прочность при растяжении; σ100- то же при длительном нагружении в течении 100 часов; σ1000- то же при длительном нагружении в течении 100 часов; σ0,2- предел текучести; ε- относительное удленение; φ- относительное сужение
	σ100, МПа		100	280…300 160	280 100
	φ, %			40…70 70…75 79…83	33 47 30
	ε, %	4…5 10 12 17		16…20 21…24 26 40…43	16 15 24
	σ0,2, МПа	620			730 450…500
	σв, МПа	700…900 450 300 100		750…800 450 250…290 125	810 700 550 170
		20 1100 1200 1500	1100	20 1000 1100 1200 1500	20 1000 1100 1200 1500
	Состояние материала	Холодноката-ный (ε ≈80-90%)	Рекристалли-зованный (1300 ºС, 1 час)	Прессованный (ε = 80-90 %)	Прессованный и отожженный (1300 ºС, 1 час)
	Полуфабрикат	Лист	Лист	Пруток	Пруток
	Марка сплава	ВН-2АЭМ		ВН-3	ВН-4