Тугоплавкие металлы и сплавы

Свойства чистых тугоплавких металлов.

Mo, W обладают высокой жаропрочностью, но склонны к хрупкому разрушению в результате высокой температуры порога хладноломкости, которую особенно сильно повышают примеси внедрения C, N, H, O.

Nb, Ta в отличие от W и Mo – высокопластичные металлы и хорошо свариваются. Указанные металлы обладают высокой коррозионной стойкостью, в том числе в кислотах и щелочах.

Все тугоплавкие металлы обладают низкой жаростойкостью, поэтому при Т >400-500°С их нужно защищать от окисления, для чего используются металлические, интерметаллидные и керамические покрытия.

Mо и W в чистом виде используют в радио- и электронной промышленности (нити накаливания, листовые аноды, сетки, пружины катодов и пр.), в химическом машиностроении и т.д. Вследствие малого поперечного сечения захвата нейтронов и отсутствия взаимодействия с расплавленными щелочными металлами Nb применяют для изготовления теплообменников ядерных реакторов.

Свойства сплавов.

Жаропрочность чистых тугоплавких металлов сравнительно невелика. Более высокой жоропрочностью обладают сплавы на основе тугоплавких металлов. Эффективны в этом плане элементы, имеющие еще более высокую температуру плавления. Еще более эффективным оказывается механизм дисперсионного упрочнения в результате образования карбидов ZrC, TiC, (Ti, Zr)C.

Тугоплавкие металлы и их сплавы широко используются в качестве жаропрочных материалов для работы в неокислительной среде – в вакууме, водороде, инертных газах, в среде отходящих пороховых газов.

Весьма перспективными для многих отраслей техники являются сплавы на основе Nb. Они обладают хорошей технологичностью, свариваемостью, высокой жаростойкостью до 1300°С. Температура хладноломкости Nb ниже - 196°С (77 К). Благодаря его высокой коррозионной стойкости, малому сечению захвата тепловых нейтронов сплавы нашли применение в конструкциях ядерных реакторов. Для повышения жаропрочности Nb легируют Mo, W, Zr.

Жаропрочные композиции на основе Ni, Fe, Co и др. не могут быть использованы при рабочих температурах 1000-2000^oC. Для этого применяют тугоплавкие металлы и сплавы на их основе. Тугоплавкими являются металлы, температура плавления которых выше 1855^oC: Zr-цирконий (1855^oC), Cr-хром (1875^oC), V-ванадий (1900^oC),Hf-гафний (1975^oC), Nb-ниобий (2415^oC), Mo-молибден (2610^oC), Ta-тантал (2996^oC), Re-рений (3180^oC), W-вольфрам (3410^oC). Пластическая деформация тугоплавких металлов производится при нагреве, поскольку температура перехода их в хрупкое состояние достаточно высока. При деформации в условиях нагрева до температур рекристаллизации возникает наклеп и волокнистая структура. Поэтому большинство тугоплавких металлов используется в состоянии наклепа. Свойства изделий из тугоплавких сплавов зависят от степени чистоты первичных металлов этой группы. Жаропрочность тугоплавких металлов зависит от температуры плавления и может быть повышена легированием специальными добавками. Наиболее эффективным способом защиты тугоплавких металлов от окисления при высоких температурах также является легирование. Легирующими элементами являются: для молибдена - Ti и Zr; для хрома - Fe и Nb, Ta, Ti, Zr; для ниобия - W, Mo, Zr и т.д. Химический состав некоторых сплавов на тугоплавкой основе: 60% V+ 40% Nb; Nb + 15% W + 5% Mo + 1% Zr (48% Fe); Mo + 1,27% Ti + 0,29 Zr + 0,3% C; Mo + 10 Re; Ta + 10% W; W + 0,4 TaC; W + 30% Re.

Тугоплавкие металлы — класс химических элементов (металлов), имеющих очень высокую температуру плавления и стойкость к изнашиванию. Выражение тугоплавкие металлы чаще всего используется в таких дисциплинах как материаловедение, металлургия и в технических науках. Определение тугоплавких металлов относится к каждому элементу группы по разному. Основными представителями данного класса элементов являются элементы пятого периода — ниобий и молибден; третьего периода — тантал, вольфрам и рений. Все они имеют температуру плавления выше 2000 °C, химически относительно инертны и обладают повышенным показателем плотности. Благодаря порошковой металлургии из них можно получать детали для разных областей промышленности.

Большинство определений термина тугоплавкие металлы определяют их как металлы имеющие высокие температуры плавления. По этому определению, необходимо, что бы металлы имели температуру плавления выше 4,000 °F (2,200 °C). Это необходимо для их определения как тугоплавких металлов^[2]. Пять элементов — ниобий, молибден, тантал, вольфрам и рений входят в этот список как основные^[3], в то время как более широкое определение этих металлов позволяет включить в этот список еще и элементы имеющие температуру плавления 2,123 K (1,850 °C) — титан, ванадий, хром, цирконий, гафний, рутений и осмий. Трансурановые элементы (которые находятся за ураном, все изотопы которых нестабильны и на земле их найти очень трудно) никогда не будут относится к тугоплавким металлам.

Дата добавления: 2014-11-18