Ниобий Cb-752
Cb-752 – это сплав ниобия, вольфрама и гафния. Ниобий Cb-752 относится к тугоплавким металлическим сплавам и обладает следующими выдающимися характеристиками: Чрезвычайно высокая температура плавления: температура плавления ниобия составляет около 2468 °C, что позволяет сплаву сохранять структурную целостность в условиях сверхвысоких температур. Отличная жаропрочность: в диапазоне температур от 1093 °C до 1371 °C он обладает более высокой удельной прочностью, чем суперсплавы на основе никеля.Хорошая обрабатываемость: по сравнению с другими тугоплавкими металлами (такими как молибден и вольфрам), ниобий и его сплавы обладают лучшей пластичностью и обрабатываемостью, их можно ковать, прокатывать и тянуть при комнатной температуре. 4. Необходимость защитного покрытия: это его самый существенный недостаток. Сплавы ниобия подвергаются сильному окислению на воздухе при температуре выше примерно 500 °C, поэтому на практике на их поверхность необходимо наносить антиокислительное покрытие (обычно силицидное). Благодаря превосходным высокотемпературным свойствам сплав Cb-752 и аналогичные ему сплавы используются в основном в аэрокосмической промышленности, в частности, в компонентах ракетных двигателей, таких как сопловые насадки, камеры сгорания и газовые турбины. Эти компоненты должны работать в условиях экстремально высоких температур и воздействия коррозионно-активных газов. Элементы конструкции космических аппаратов используются в фюзеляже или передней кромке крыла, требующих высокой термостойкости (например, в многоразовых космических аппаратах). Ниобий Cb-752 – это суперсплав на основе ниобия, специально разработанный для эксплуатации в условиях сверхвысоких температур (обычно превышающих 1000 °C). Его основные преимущества заключаются в чрезвычайно высокой температуре плавления и жаропрочности, однако его необходимо использовать в сочетании с антиокислительным покрытием. Это важнейший материал в аэрокосмической промышленности для производства компонентов с чрезвычайно высокой температурой нагрева.
Ниобий Cb-752 (то есть сплав Nb-10W-2.5Zr), как типичный тугоплавкий сплав на основе ниобия, традиционно производится методом порошковой металлургии в сочетании с плавкой. Позднее был разработан усовершенствованный процесс, сочетающий сварку взрывом и электронно-лучевую плавку. Для обеспечения однородности состава сплава и отличных эксплуатационных характеристик, адаптированных к высокотемпературным применениям, требуются последующие этапы горячей и холодной обработки, а также постобработки. Конкретный производственный процесс выглядит следующим образом: для подготовки и предварительной обработки сырья часто используется вакуумная дуговая плавка без расходуемых электродов. Предварительно обработанное сырье помещают в водоохлаждаемый медный тигель, вакуумируют до давления ниже 6,0 × 10⁻³ Па и защищают аргоном. Плавку повторяют несколько раз для полного растворения вольфрама и предотвращения сегрегации состава. Вакуумная электронно-лучевая плавка также может быть использована для дальнейшего удаления примесей и повышения чистоты слитка. Усовершенствованный процесс плавки начинается с помещения небольших фрагментов композитной пластины в горизонтальную вакуумную электронно-лучевую печь. Плавка осуществляется при вакууме 0,01–0,05 Па и мощности 70–160 кВт со скоростью 50–90 кг/ч. После охлаждения в течение 5–10 часов получается первичный слиток. Этот слиток затем переносится в вакуумную электронно-лучевую вытяжную печь и плавится 2–3 раза при вакууме менее 0,01 Па и мощности 180–500 кВт. Конечный продукт представляет собой высококачественный слиток с содержанием C, N и O менее 0,015 мас.%, а составы вольфрама и циркония точно соответствуют требованиям Nb-10W-2.5Zr.
Слитки ниобиевого сплава Cb752 после горячей обработки и плавки требуют дальнейшей горячей обработки для оптимизации их микроструктуры и свойств. Горячая ковка обычно выполняется при температуре 1300 °C. Этот процесс требует защиты сплава силицидными или алюминидными покрытиями или вакуумной оболочкой из нержавеющей стали для предотвращения высокотемпературного окисления. Деформация при горячей ковке должна контролироваться для разрушения крупнозернистой структуры слитка и повышения пластичности сплава, закладывая основу для последующей обработки. Крупногабаритные заготовки также могут быть получены методами горячей обработки, такими как экструзия, в зависимости от требований.
Окончательная обработка и контроль включают резку и шлифовку холоднодеформированного изделия для удаления поверхностных дефектов. Анализ состава и испытания механических свойств используются для проверки соответствия элементного состава сплава, предела прочности на разрыв и других показателей установленным стандартам. Заготовки после холодной и горячей обработки могут быть подвергнуты холодной прокатке, например, путем прокатки горячекованой заготовки в пластину толщиной 1,5 мм. Если напряжение в сплаве слишком велико и пластичность снижается при холодной обработке, требуется промежуточный отжиг. Температура отжига, как правило, не должна находиться в диапазоне, в котором легко выделяются твёрдые и хрупкие фазы, чтобы исключить технологические напряжения и не повлиять на общие эксплуатационные характеристики сплава.
Окончательная обработка и контроль включают резку и шлифовку холоднодеформированного изделия для удаления поверхностных дефектов. Анализ состава и испытания механических свойств используются для проверки соответствия элементного состава сплава, предела прочности на разрыв и других показателей установленным стандартам.