Влияние легирующих элементов на жаропрочность и термостойкость ниобия

Механические свойства ниобиевых сплавов при повышенных температурах существенно зависят от температуры солидуса. Чем выше рабочие температуры, тем в большей степени проявляется влияние температуры солидуса сплавов на уровень их кратковременной прочности и длительных характеристик жаропрочности [3].

Из возможных легирующих элементов температуру плавления ниобия повышают только вольфрам и тантал, остальные легирующие элементы её снижают - ванадий, цирконий (в меньшей степени),титан, хром, алюминий (в большей степени). Как видно на рисунке 5.3 сравнительно много легирующих элементов не только обладают значительной растворимостью в твердом состоянии, но и мало снижают температуру плавления ниобия [3].

Рисунок 5.3 - Влияние легирующих элементов на температуру плавления ниобия [14]

Из рисунка 5.3 видно, что содержания легирующего элемента в сплаве нужно ограничить так, чтобы не значительно снижалась температура плавления ниобия. Например: Mo-5%, Cr-5%, Si-2%, Ni-3% и так далее.

На рисунке 5.4 показано влияние легирующих элементов на временное сопротивление ниобия при кратковременных испытаниях на растяжение при 1095˚С.

Рисунок 5.4 – Влияние легирующих элементов на прирост временного сопротивления σ_в ниобия при 1095˚С в рекристаллизованном состоянии [3]

Из рисунка 5.4 видно, что к числу эффективных упрочнителей ниобия (при содержании в несколько процентов) относят хром и алюминий. Ванадий, цирконий, гафний, молибден и вольфрам эффективно упрочняют ниобий при введении в количествах 5-20%. Титан и тантал практически не упрочняют ниобий при 1095˚С.

Влияние температуры солидуса сплавов на их прочностные свойства проявляется в большей степени при длительных испытаниях на жаропрочность. На рисунке 5.5 представлено упрочнение ниобия различными добавками.

Рисунок 5.5 – Упрочнение ниобия различными добавками (по 1 ат.%) при испытаниях на длительную прочность при 1200˚С и σ=140 МПа в процентах от упрочнения, вызываемого 1 ат.% W [3]

Анализируя рисунок можно увидеть, что все легирующие элементы, расположенные выше нулевой линии увеличивают время до разрушения, а остальные элементы – уменьшают его.

Практически все тугоплавкие легирующие элементы повышают температуру начала рекристаллизации ниобия, а легкоплавкие снижают эту температуру. Влияние легирующих элементов на температуру начала рекристаллизации показано на рисунке 5.6.

Рисунок 5.6 - Влияние легирующих элементов на температуру начала рекристаллизации ниобия [3]

В условиях длительных испытаний жаропрочность твёрдых растворов на основе ниобия зависит от диффузионной подвижности того или иного легирующего элемента. Эту закономерность можно сформулировать так: легирование ниобия элементом с более высокой температурой плавления ведёт к повышению его жаропрочности и,наоборот, более легкоплавкие легирующие элементы снижают жаропрочность ниобия.

Из вышеизложенного установлено, что повысить жаропрочность можно путём легирования Mo (достаточно до 5%), Zr ( один из составляющих основы сплава ),W (не рассматриваем, так как приводит к повышению охрупчивания).

Дата добавления: 2015-09-04