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nickler荣誉版主 (知名作家)
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[交流]
什么是高温铌合金
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铌是一种坚硬、有光泽、银灰色且柔软的可延展金属，在 外观上有些象不锈钢。商用铌合 金强度稍低，但具有极好的 延展性，并能在必要的退 火之前进行冷加工。为应用于原子能和航空工业，在60年代初 进行了高温铌合金的 研 究。今天，它们应用在通讯卫星、人体成象设备和多种高温零件上。 生产方法 铌合金原来采用高温真空烧结和碳还原的粉末冶金方法。在60年 代早 期，铝热还原和电子束提 纯成为标准的生产方法。 在铝热还原中，Nb2O5和铝粉末首先混合在一起，然后经放热反应形成粗铌金属和 AL2O3熔渣。粗铌含有杂质， 包括铝和氧。在升高的温度下这些杂质比铌金属有更高的 蒸气压。由于蒸气压的不同， 金属可以用电子束熔炼法进 行商业提纯。但是，低蒸气 压杂质（如：铊、钨）不能用电子束熔炼法除去，这些杂质 必须在铝热还原之前，用 其它的液体提取法除去。典型的电子束熔炉能够产生500～5000kW的功率，能够提纯 直径 为300～500mm，长度超过 2m的金属锭。滴熔炼（drip-melting）是现在标准的电 子束熔炼方法，但是，随着更高 功率熔炉的研制，炉熔炼 可能会用于实践。 铌合金是加入了适当的元素，并采用真空电弧再熔炼的方法制成。最常用的金属 添 加剂是锆、铊和铪，它们是 在电弧熔融过程中加入铌溶液的。 商业铌合金的特性 常用的高温铌合金主要用固溶增强方式增强，合金中还存 在 少量的第二相微粒。这些微 粒的构成不同，但一般都和构成氧化物、氮化物和碳化 物的填隙杂质有关。由于第二相 的大小、分布经常对合金的 机械性能和再结晶有很大 影响，所以这些微粒是非常重要的。 总的来讲，铌合金比另外的活性金属（如钛、锆）的耐杂质性弱得多。含有在晶 粒 之间构成连续晶界的第二相 微粒的合金极大地降低拉伸伸度。这种情况会在污染和 不适当地热处理时产生。在焊接 过程中可能会偶然加入铜， 将会对合金的机械性能产 生不良后果。在铌中可允许的氧、氢、碳和氮含量是钛或锆的 1/5～1/10。 所有的商业合金在室温下都有很好的延性。在室温和升高的温度下WC-3009合金 有最 高的拉伸强度。FS-85合 金有超强的蠕变强度。这是由于它具有较高的能随铊和 钨浓度增大而增高的熔点。 零件的制作 目前，商业合金供应厂家将合金铸成圆锭，如：便于卷成圆板的 矩 形，或用于管材制造的圆 筒。零件在接近合金再结晶温度时采用高温挤压及锻造来 制备，一般温度为1000-1300℃ 。多数商业合金具有很好 的延展性，能够加工成不同 的产品，例如：片、箔、棒、线和管，其冷收缩常常超过70% 。几乎可以使用所有的 普 通金属成型加工方法，将铌合金加工产品制成复杂形状，如，密模锻造、旋压成 型、液 压成型和焊接。 高温应用 铌合金最常用于钠蒸汽灯。Nb-1Zr合金具有优异的成型性、焊接 性， 在钠蒸汽环境下寿命长。 钠蒸汽灯的小管状Nb-1Zr合金由无缝管制成，最近是通 过由片拉成管的方法制成。这种 灯泡电效率高，寿命长，超 过25000h，在世界上广泛 用于高速公路照明。 航空工业上可用于1100～1500℃下，高强度的C-103合金是铌工业的主要产品。 其有 优异的冷加工和焊接性， 易于密模锻造，用于推力锥和高温阀等。C-103合金没 有抗氧化性，可用硅化物涂层覆盖 零件，涂层除硅外，还有 铬、铁、镍和铪等元素。 涂覆的C-103合金，成功应用在普拉特-惠特尼涡轮发动机中的 推力增加器阀板上，这 些 阀板放置在发动机的尾部后燃室，构成一高温隔离室，温度达1200～1300℃。 铌合金用于国家航天飞机上的高温部件，超音速机翼前缘和鼻锥部分可以用其制 成 ，起到热管热控制系统的功 能。典型的500g铌热管能散发10kW的热量，等温工作在 1250～1350℃下。 近来进展 自70年代早期，铌合金研究重点转至降低铌合金成本和生产近 净型部 件上。最近20年，研究人 员尝试用熔模精密铸造制造零件。 熔点高于2400℃的铌合金可以铸造，其微结构比锻造的微结构延性差。铌比钛或 其 它常用的铸造材料贵。 粉末冶金研究已成熟，最常用的航空合金是C-103和高强度Nb-30Hf-9W合金。铌 的高 熔点和强反应特性，使粉 末冶金法加工铌合金的合金粉末制备最困难。由于离心 雾化加工粉末生产成本高，故近 净型铌合金生产不经济。 [ Last edited by terry-adam on 2006-11-19 at 15:45 ] |
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