Жаростойкое легирование тугоплавких металлов

Общим недостатком тугоплавких металлов является низкая жаростойкость, исключающая возможность использования их в качестве жаропрочных материалов без специальных защитных покрытий. Успешно в качестве жаропрочных материалов тугоплавкие металлы могут работать в вакууме и в атмосфере инертных газов. При легировании тугоплавких металлов жаропрочность ниобия и тантала повышается, а технологические свойства молибдена и вольфрама улучшаются. [c.439]

При изготовлении литых деталей в двигателестроении для авиации и космических кораблей, буровых установок применяются многообразные металлы и сплавы особого назначения (жаропрочные, жаростойкие, износостойкие и др.). Как правило, свойства чистых жаропрочных металлов соответствуют одновременно всем этим требованиям. Определенным и заданным физико-механическим свойствам отвечают специальные сплавы на основе жаропрочных металлов, легированные тугоплавкими элементами. [c.30]

Тугоплавкие металлы (Мо, W, Та, Nb) имеют низкую жаростойкость. Они не могут работать в окислительных средах при температуре выше 500 °С. Объемное легирование повышает жаростойкость (разработаны сплавы ниобия с повышенной жаростойкостью [7]), Основные усилия специалистов направлены на разработку защитных покрытий [6]. [c.408]

Титан - тугоплавкий металл [температура плавления (1665 5) °С, плотность 4500 кг/м ]. Временное сопротивление чистого титана = 250 МПа, относительное удлинение 5 = 70 % он обладает высокой коррозионной стойкостью. Удельная прочность титана выше, чем у многих легированных конструкционных сталей. Поэтому при замене сталей титановыми сплавами можно при равной прочности уменьшить массу детали на 40 %. Однако титан имеет низкую жаростойкость, так как при температурах выше 500. .. 600 °С легко окисляется и поглощает водород. Титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается, из него изготовляют сложные отливки, но обработка его резанием затруднительна. [c.24]

Быстрое развитие ракетной техники, реактивной и турбореактивной авиации привело в последние годы к увеличению потребности в материалах, характеризующихся хорошими прочностными характеристиками при высоких температурах. Такие материалы в отличие от жаростойких называются ж а р о -п р о ч н ы м и. В принципе, жаростойкость не всегда сопутствует жаропрочности. Например, сплавы на основе железа или никеля, легированных хромом или алюминием, весьма стойки в окислительных средах пр высокой температуре, но характеризуются значительным ухудшением механических свойств с ростом последней. С другой стороны, тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден, осмий), сохраняющие при высоких температурах свои механические свойства, легко окисляются, причем часто с катастрофической скоростью. [c.74]

Металлические связи, появляющиеся между ближайшими соседями вдоль направлений (111) вследствие перекрывания (е5)-орбиталей и концентрации d-электронов между ядрами, упрочняют и стабилизируют ОЦК структуру от металлов группы скандия (III гр.) и титана (IV гр.) к металлам VI группы (хром, молибден, вольфрам). Близость электронного строения, определяющая идентичность ОЦК структур, способствуют образованию широких или непрерывных областей ОЦК твердых растворов между тугоплавкими металлами IV—VI групп и создают широкие возможности твердорастворного упрочнения путем взаимного легирования этих металлов. Наряду с повышением высокотемпературной прочности такое легирование в ряде случаев позволяет значительно повысить жаростойкость при газовой коррозии в агрессивных средах. Введение в тугоплавкие ОЦК металлы до 25—30% рения, а также рутения или осмия, которые вследствие неполной ионизации имеют плотную гексагональную структуру, но при растворении в ОЦК металлах передают в коллективизированное состояние все валентные электроны, приводит к сильному повышению пластичности ванадия,, хрома, молибдена и вольфрама ( рениевый эффект ). Такое повышение пластичности хрупких металлов интересно с точки зрения теории легирования и нашло определенное практическое применение [c.39]

Легированные алюминидные покрытия могут быть получены при насыщении из порошков алюминидов тугоплавких металлов, которое проводят в вакууме при температурах 1000—1300° С. Так, после обработки ниобия в порошке алюминида вольфрама при 1200° С в вакууме 5-10 мм рт. ст. за 20 ч получен диффузионный слой толщиной —85 мкм, состоящий из легированного вольфрамом алюминида ниобия и отличающийся повышенной жаростойкостью. [c.268]

Влияние легирующих элементов на продолжительность и температуру процесса алитирования аналогично влиянию этих элементов на растворимость обрабатываемых металлов в алюминии. При прочих равных условиях увеличение выдержки в расплаве алюминия (выше оптимальной) ухудшает жаростойкость покрытий из-за избыточного обогащения наружных слоев легирующими элементами повышение же температуры расплава неоднозначно влияет на жаростойкость покрытий и зависит от степени предварительного легирования алюминиевой ванны. Общим критерием при определении оптимальной продолжительности и температуры процесса алитирования следует считать начало растворения обрабатываемых тугоплавких металлов, т. е. растворение их на глубину не более 5—10 мкм. [c.295]

Медные сплавы применяют и в качестве жаропрочных (для электродов сварочных машин, ракетных двигателей и др.). Комплекс требуемых свойств при этом может быть самым разнообразным. Например, для электродов сварочных машин требуются высокие жаропрочность, электропроводность, теплопроводность и жаростойкость при наличии пластичности. Для деталей, работающих при повышенных температурах, требуются высокие прочность, теплопроводность и жаростойкость, наряду с пластичностью. Этим требованиям удовлетворяют сплавы на основе меди, легированные небольшими добавками тугоплавких металлов. Наилучшими механическими свойствами обладают термически обработанные сплавы. [c.207]

Наиболее подходят для выбора материалов жаростойких покрытий жаропрочных сплавов, работающих в окислительных газовых средах в температурном интервале 1200... 1700 °С, силицидные системы. Главным их достоинством является образование при высокотемпературном окислении сплошной само-залечивающейся стекловидной окалины 8102, малопроницаемой для кислорода. Покрытия этой системы используют в основном для защиты сплавов на основе тугоплавких металлов (особенно на основе ниобия, молибдена) и углеродных материалов (углеграфитовые и угле-род-углеродные композиционные материалы). В многокомпонентных силицидных покрытиях основным слоем, определяющим формирование защитной окалины, наиболее часто является либо легированный дисилицид молибдена, либо твердые растворы тугоплавких дисилицидов, модифицированные для улучшения защитных, технологических и эксплуатационных свойств бором, иттрием, переходными металлами IV - VII групп Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. [c.234]

Основным способом придания тугоплавким металлам жаростойкости и жаропрочности является их легирование с образованием твердых растворов внедрения и замещения, а также дислокационное упрочнение частицами тугоплавких соединений (оксидов, нитридов, карбидов и т. д.). [c.402]

Развитие современной техники зависит от многих факторов, в т.ч. и от разработки учеными новых материалов с особыми свойствами. Во многих отраслях промышленности (атомная, космическая, химическая и др.) необходимы материалы для изготовления приборов и оборудования, которые выдерживали бы большие давления, высокую температуру, были бы коррозионно стойки в агрессивных средах и т.п. В настоящее время в конструкциях многих машин применяются жаростойкие и жаропрочные стали, материалы, легированные тугоплавкими и другими элементами, обеспечивающие им специфические свойства, а также легкоплавкие, но химически активные металлы. Такие материалы стали относить к группе а известные способы сварки к ним оказались неприемлемыми. [c.67]

Монокристаллические отливки получают как из традиционных, так и специально разработанных для данного процесса сплавов. При создании новых сплавов для монокристаллического литья нет необходимости вводить в них элементы, упрочняющие границы зерен (С, В, Hf, Zr, РЗМ), поскольку не существует большеугловых границ. Поэтому в безуглеродистых сплавах отсутствуют карбиды и остаются только у- и у -фазы. Дальнейшее повышение стабильности сплава (т. е. повышение температур солидуса и полного растворения у -фазы) может быть достигнуто оптимальным его легированием тугоплавкими металлами (W, Та, Re, Мо) и у -стабилизаторами (Ti, Та). Это приводит к существенному торможению контролируемых диффузией высокотемпературных процессов, в том числе коагуляции у -фазы. Важная роль при легировании уделяется рению (до 3%), в основном располагающемуся в у-твердом растворе. Содержащие рений сплавы (например, ЖС36) отличаются более узким интервалом кристаллизации. Так, температуры ликвидуса, солидуса и полного растворения у -фазы в сплаве ЖС36 равны соответственно 1409, 1337 и 1295 °С. Снижение содержания хрома (а следовательно, и жаростойкости) компенсируют добавками Hf и Y, образующими на поверхности плотные жаростойкие оксидные пленки. В связи с применением направленной кристаллизации значительно расширились возможности использования экономно легированных жаропрочных сплавов на основе интерметаллида №зА1. Так, например, установлено, что отливки из этих сплавов с монокристаллической структурой и кристаллографической ориентацией [111] обладают оптимальным сочетанием физико-механических свойств при температурах до 1200 °С высокими показателями жаропрочности, термоусталостной прочности и жаростойкости. [c.367]

Покрытия из дисилицидов молибдена и вольфрама, чистые или легированные, являются одним из наиболее эффективных средств защиты тугоплавких металлов от высокотемпературного окисления. Исследование жаростойкости и кинетики окисления такого типа покрытий проводилось главным образом на воздухе [1]. Практический и научный интерес представляет проблема окисления сили-цидных покрытий при низких давлениях кислорода. В данной работе проведено изучение кинетики окисления покрытий силицидного типа на молибденовом сплаве ЦМВ-30 (состав, мас.% 30W, 0.1Т1, 0.01С, остальное Мо) [2]. [c.198]

При комнатной температуре тугоплавкие металлы имеют высокую коррозионную стойкость, но при высоких температурах, вследствие высокой скорости окисления, недостаточной плотности прилегания к металлу и летучести их окислов они, за исключением хрома, отличаются очень плохой жаростойкостью. Если принять наиболее плохую жаростойкость (сопротивление окислению) молибдена за 1, то соответственно жаростойкость у разных металлов будет у тантала 1,4 у ниобия 2,3 у вольфрама 14 у циркония 27 у титана 54 у хрома 320 у нержавеющей стали 1Х18Н9Т—1600. Поэтому для создания необходимой жаростойкости тугоплавкйе металлы и их сплавы следует применять с защитными покрытиями, а в отдельных случаях создавать у них путем легирования более прочные и менее летучие пленки окислов на поверхности. Способность обрабатываться давлением, резанием, подвергаться сварке, отливке и т. д., т. е. технологичность у тугоплавких металлов, очень низкая, особенно у вольфрама. Поэтому среди тугоплавких металлов наибольшее применение в настоящее время получили молибден и ниобий, технологичность которых сравнительно удовлетворительна. [c.405]

Одно из весьма распространенных защитных покрытий для тугоплавких металлов и сплавов, прежде всего на основе ниобия и тантала — покрытие, наносимое из расплавов 8п—А1, содержащих от 5 до 50% (по массе) А1. В зависимости от состава сплава и материала основы выбирают временный и температурный режим обработки. Обзор способов повыщения жаростойкости тугоплавких металлов (ЫЬ, Та, Мо н и ) и их сплавов с помощью 5п—А1 покрытий сделан в работе [336]. Основную защитную функцию выполняет алюминидное покрытие, а олово, по мнению автора работы [336], играет роль мягкого напряженного барьера между окислом, образующимся на поверхности, и интерметаллндом, облегчая доставку алюминия к местам повреждения покрытия и обеспечивая тем самым быстрое залечивание этих повреждений. Именно в способности самозалечивания и состоит одно из основных преимуществ 5п—А1 покрытий перед другими. Свойства покрытий улучщают легированием сплава такими элементами, как Т1, Сг, Мо, 51. В этом случае обычно образуются композиционные покрытия на основе силицидов и алюминидов. [c.298]

Жаропрочность чистых металлов невелика (табл. 22). Более высокой жаропрочностью обладают сплавы на основе тугоплавких металлов (см. рис. 144). Однако следует учитывать, что легирование с целью повышения жаропрочности часто приводит к снижению пластичности. Повышение жаропрочности достигается в результате образования легированного твердого раствора или твердого раствора, который добавочно упрочняется мелкодисперсными выделениями типа карбидов [2гС, (Т12г)С и др.], оксидов (2гОг) и т. д. Все тугоплавкие металлы обладают низкой жаростойкостью. Поэтому их при температурах (>600— 800°С) нужно защищать от окисления. [c.351]

Легирование было бы наиболее желательным способом защиты этих металлов от окисления. В отношении молибдена подобный способ, по-видимому, не применим, так как для этого необходимо ввести слишком много легирующих элементов (например, никеля), и такое легирование снизит как пластичность, так и жаропрочность. Жаростойкость ниобия повышается при. тегировании его титаном, алюминием,хромом вольфрама — ниобием и танталом однако сведений о практическом применении таких жаропрочных сплавов не имеется. На практике, для целей защиты тугоплавких металлов от окисления, пользуются поверхностными покрытиями, в первую очередь, плакированием никель-хромовыми сплавами (для работы не свыше 1100°) и диффузионным силицированием (для работы до 1600°). При силицировании образуется на поверхности изделия из молибдена силицид Мо51. , устойчивый до 1600° С. (При 1800° силицид молибдена плавится). К сожалению, эти силициды хрупки. Возможно применение и гальванических покрытий нике-.тем и хромом. Такие покрытия пластичны, но защищают они от окисления лишь до 1100—1200°С. [c.347]

Жаропрочность чистых металлов сравнительно невелика. Более высокой жаропрочностью обладают сплавы на основе тугоплавких металлов. Повышение жаропрочности достигается в результате образования легированного твердого раствора или твердого раствора, который добавочно упрочняется мелкодисперсными выделениями типа карбидов 2гС, (И, 2г) С и др., оксидов (ггОа) и т. д. Все тугоплавкие металлы обладают низкой жаростойкостью. Поэтому при температурах 600—800 °С их нужно защищать от окисления. [c.234]

Низкая жаростойкость тугоплавких металлов обусловлена летучестью их оксидов ( 1г, Ru, Os ), легкоплавкостью и летучестью оксидов ( Мо, V, Re ), разрушением иленки за счет У м О, 2 м>2,5 (Та, Nb, W ), исиарением самих металлов. В этих условиях нанра-влениями жаростойкого легирования являются нолучение сложных нелетучих оксидов (Nb+Ti, Mo+Ni, Mo+Ni+Mn) ириближение УмтОшп/г/Ум в 1 (Nb+Mo) исиользование эле- [c.63]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...