Сплавы на основе никеля

Никелевые сплавы применяются в основном как жаропрочные и коррозионностойкие материалы.

Чистый никель имеет низкий предел длительной прочности (= 40 МПа), поэтому применяются сплавы на его основе − нимоники. Повышение жаропрочных свойств достигается путем комплексного легирования Mo, W, Co, Cr, Al, Ti, Nb, Ta, C, B, Zr и РЗМ. Молибден, вольфрам, кобальт и хром упрочняют твердый раствор с никелем, алюминий, титан, ниобий и тантал наряду с упрочнением твердого раствора образуют интерметаллидные фазы, а углерод, бор, цирконий, добавленные в небольших количествах, сегрегируют на границах зерен и упрочняют их. Церий и другие редкоземельные металлы рафинируют никель и его сплавы от примесей.

В качестве термической обработки для никелевых сплавов применяют закалку и старение. Так, например, для жаропрочный сплава ХН77ТЮР (20 % Сг; 77 % Ni; 2,5 % Ti; 0,7 % Al; 0,01 % В) t_зак=1080 °С, охлаждение на воздухе, затем старение в течение 16 ч при 750 °С. После такой термообработки сплав приобретает следующие свойства: предел длительной прочности = 850 МПа и предел ползучести = 300 МПа.

Никелевые сплавы используют для изготовления дисков и лопаток газовых турбин, газопроводов, работающие при температурах от 750 до 1100ºС.

Тугоплавкие металлы и их сплавы

К тугоплавким металлам с температурой плавления выше чем у железа относят ниобий (t_пл=2 500 °С), молибден (t_пл=2 620 °С), тантал (t_пл=3 014 °С), вольфрам (t_пл=3 420°С) и др. Кристаллическая решетка у этих металлов объемно-центрированная кубическая (ОЦК).

Свойства тугоплавких металлов зависят от способа получения металлов и их чистоты. Вольфрам и молибден охрупчиваются уже при незначительном содержании примесей, особенно кислорода. Ниобий и тантал более пластичны и технологичны, они имеют низкие температуры перехода в хрупкое состояние.

Общим недостатком тугоплавких металлов является низкая жаростойкость, при повышенной температуре они подвержены интенсивному окислению. Поэтому на их поверхность наносят защитные покрытия, а также применяют для работы в вакууме или в защитной атмосфере.

Сплавы на основе тугоплавких металлов подразделяются на две группы:

- сплавы со структурой твердого раствора;

- сплавы, упрочняемые закалкой и старением.

Сплавы первой группы легируют Ni, Nb, Mo, W, Ta и др. Упрочняющей термической обработке эти сплавы не подвергают. Сплавы второй группы содержат повышенное содержание углерода и карбидообразующих элементов и упрочняются в процессе старения после закалки за счет выделения карбидов внутри зерен.

Рабочие температуры при длительной работе сплавов на основе ниобия, молибдена, тантала и вольфрама составляют порядка 1300, 1400, 2000 и 2200 ºС соответственно, при кратковременной эксплуатации допускаются значительно более высокие рабочие температуры