Что такое ниобий C103 и ниобий 521
Ниобий C103 и ниобий 521 — это два разных сплава ниобия, различающиеся по составу и применению. **Механические свойства:** Сплав ниобия C103, содержащий высокую долю молибдена и алюминия, обладает хорошей прочностью при высоких температурах и коррозионной стойкостью, обычно используется в аэрокосмической отрасли и высокотемпературных областях применения, таких как сопла ракетных двигателей и системы тепловой защиты. Сплав ниобия 521, с добавлением титана и циркония, демонстрирует превосходную прочность при высоких температурах, стойкость к окислению и радиационную стойкость, широко используется в аэрокосмической отрасли и ядерных реакторах, особенно подходит для компонентов, работающих при высоких температурах.
**Области применения:** Ниобий C103 в основном используется в аэрокосмической отрасли, авиации и ядерной энергетике, особенно в условиях высоких температур, высокого давления и коррозионной стойкости, например, в компонентах ракетных двигателей и ядерных реакторов. Ниобий 521 обычно используется в более сложных условиях, особенно для специализированных компонентов в атомной энергетике или аэрокосмической отрасли, требующих высокой термостойкости, радиационной стойкости и стойкости к окислению. Основные различия между ниобием C103 и ниобием 521 заключаются в их составе и областях применения. Ниобий C103 отличается высокой прочностью при высоких температурах и коррозионной стойкостью, в то время как ниобий 521 обладает превосходной радиационной и окислительной стойкостью.
Упомянутый выше ниобиевый сплав (марка Nb521), используемый в двигателях управления ориентацией и орбитальным движением ракет и снарядов, подвергается нагреву слитков в среднечастотной индукционной печи, экструзионной вырубке и ковке, а также соответствующим процессам термообработки для получения требуемых размеров прутка. Его технические преимущества в основном заключаются в следующем:
1) Быстрый нагрев и выдержка слитков большого диаметра в среднечастотной индукционной печи сокращают время контакта материала с атмосферой, уменьшая проникновение газообразных элементов, таких как O и N, которые накапливаются на границах зерен, тем самым повышая прочность границ зерен сплава и снижая его пластичность. Это предотвращает сильное растрескивание при последующей экструзии и ковке.
2) Экструзионная обработка с использованием трехосного сжимающего напряженного состояния является превосходным методом обработки, который в полной мере использует пластичность материала. С одной стороны, она решает проблему легкого растрескивания при вырубке слитков; с другой стороны, процесс экструзии с большими деформациями тщательно разрушает исходную крупнозернистую структуру литого сплава, тем самым улучшая общие характеристики сплава.
3) Получение необходимых размеров готовой заготовки путем ковки.
4) Получение необходимых размеров готового прутка путем токарной обработки.
Полученные по данному изобретению слитки ниобиевого сплава (марка Nb521) демонстрируют стабильные характеристики и однородный состав. При 1400℃ предел прочности на растяжение достигает 190 МПа, что почти в четыре раза выше, чем у сплава C103; при 1600℃ предел прочности на растяжение превышает 70 МПа; а при 1800℃ предел прочности на растяжение остается выше 50 МПа, что повышает рабочую температуру аэрокосмических жаростойких конструкционных материалов более чем на 200℃.
Конкретное применение: В качестве матрицы используется металлический ниобий, к которому добавляются высокоплавкие металлические элементы, такие как вольфрам, молибден и цирконий, для образования слитков ниобиевого сплава. Состав исходного сырья: Nb-5W-2Mo-1Zr (все чистые металлические элементы, в весовом соотношении 1:5:2:1).
Этапы обработки стержней из ниобиевого сплава, описанных в данном изобретении, следующие:
1. Первичный нагрев: слиток ниобиевого сплава (марка Nb521) нагревают в среднечастотной индукционной печи при температуре 1350–1450 ℃ в течение 10–15 мин.
2. Экструзионная вырубка: Φ220 мм × Д → Φ105 мм × Д, скорость экструзии 220 мм/с. При необходимости, перед экструзией после нагрева на поверхность слитка наносят высокотемпературное антиоксидантное покрытие толщиной 0,2–0,3 мм. Это облегчает экструзию и уменьшает дефекты, такие как экструзионные канавки на поверхности стержня.
3. Травление: Травление проводится с использованием смеси HNO3 : HF : H2O = 5 : 1 : 1 (по объему) для удаления поверхностных загрязнений до появления видимого невооруженным глазом металлического блеска.
4. Термическая обработка: Температура термической обработки составляет 1400–1500℃, время выдержки — 60–120 мин. 5. Распиловка: Вес рассчитывается исходя из 1,15–1,40 от веса готового изделия, после чего заготовка распиливается.
6. Вторичный нагрев: Вторичный нагрев проводится в среднечастотной индукционной печи при температуре 1300–1400℃ в течение 8–12 минут.
7. Ковка для получения готовой заготовки: удлинение, Φ105 мм × L → готовый диаметр × Lˊ, подача при ковке L = 0,6D (D - исходный диаметр заготовки), уменьшение Δh = 0,03D. Для достижения более равномерной деформации положения подачи во время предыдущего и последующего проходов сжатия следует смещать во время операции удлинения.
8. Токарная обработка готового изделия: токарная обработка кованой заготовки в несколько проходов с соблюдением требуемых допусков по размерам. Визуальный осмотр на наличие складок, отслоений, трещин, зазубрин или дефектов, указанных заказчиком.
9. Травление готового изделия: HNO3 : HF : H2O = 10 : 1 : 5 (объемное соотношение) для удаления поверхностного масла и других загрязнений. Изделие готово, когда металлический блеск виден невооруженным глазом и отсутствуют дефекты.