Состав структура свойства и применение химически активных и тугоплавких металлов

В связи с развитием новых областей техники расширяется применение химически активных металлов и сплавов на их основе, особенно металлов “большой четверки”: ниобий, тантал, молибден, и вольфрам. Ванадий и хром менее тугоплавкие, но имеют ценный комплекс свойств, благодаря чему они перспективны.

Физические свойства

Метали V a подгруппы имеют сравнительно с Fe большую Т_пл (И в 2 раза), меньшую теплоемкость и теплороводность и большее электрическое сопротивление, И имеет приблизительно в два раза большую плотность.

Метали VІ a подгруппы тоже имеют большую сравнительно с железом Т_пл (особенно W), меньшую теплоемкость, большую (кроме Cr) теплороводность (приблизительно в два раза), меньшее (кроме Cr) электросопративление (приблизительно в два раза).

Все эти металлы не имеют полиморфных преобразований (W-?), и имеют одну модификацию - ОЦК кристаллическую решетку .

Механические свойства

Технические V, Nb, Ta – имеют удовлетворительную прочность (s_в= 20-50 кг/мм²), хорошую пластичность (d = 25-50 %). Технические металлы V a подгруппы удовлетворительно деформируются и свариваются. Из них изготовляют листы, полосы, прутки, проволоку.

Метали VІ a подгруппы более склонны к охрупчиванию. Они плохо обрабатываются и ограниченно свариваются.

Химические свойства

Все эти металлы имеют большое сродство к газам: О₂, N₂, Н₂, особенно при высоких температурах (больше 300 – 400 ⁰С). Они образовывают окислы, химические соединения, растворы укоренения. В результате взаимодействия металлов с газами происходит уменьшение их пластичности (особенно сильно охрупчиваются Mo и W).

Все металлы имеют высокую коррозийную стойкость в ряде агрессивных сред, в частности в морской воде, кислотах, щелочах и в расплавленных металлах (Pb, Na), наиболее стойкий - Та.

Состав

Марки технических металлов:

- технический ванадий Вн М-1, Вн М-2;

- технический ниобий Нб1, Нб2, Нб3, НВЧ, НВЧ-1;

- технический тантал ТВЧ, ТВЧ-1;

- технический молибден МЧВП, ЦМ1;

- технический хром Х0, Х1, Х2, ВХ-1;

- технический вольфрам В-ПМ.

В промышленности используют преимущественно сплавы этих металлов.

Легирование металлов Va подгруппы такими элементами, как: Тi, Zr, Mo, Al, W, C, B и др. позволяет повысить их прочность, жаростойкость и жаропрочность.

Наиболее широко применяют ниобиевые сплавы с легирующими примесями - Mo, W, Zr, V - до 10%.

ВН2, ВН2А, ВНЧ – высокая прочность до Т= 1000 – 1370 ⁰С, удовлетворительно свариваются.

Применяются в химическом машиностроении, в конструкциях атомных реакторов, трубопроводах с жидкими металлами - теплоносителями

(л. э. - Мо, W, V, Zr, Hf) - до 10%.

Тугоплавкие сплавы – наиболее коррозионностойкие и жаропрочные (до Т=1750- 1800 ⁰С), эти сплавы имеют хорошую свариваемость.

Тантал применяется в медицине (стрежни, скобы, ...).

Метали VI a подгруппы легируют такими элементами: Ti, Zr, Hf – в небольших количествах, Re (больше 20-25%), в небольших количествах С (0,04-0,06%), В (0,001 – 0,003%) – повышает пластичность. На металлы VI a подгруппы благоприятно влияет рений при содержании его (>20-25%), он повышает прочность и пластичность и резко уменьшает склонность к хладноломкости.

Сплавы Re с W, Мо - наиболее жаропрочные, и имеют наилучшую свариваемость.

Молибденовые сплавы применяются в качестве жаропрочных конструкционных материалов – для Т<2000 ⁰С (ВМ1, ВМ2, ВМ3, ЦМ5, ЦМ6, ВМ1Д, ТСМ3, ТСМ4).

Вольфрамовые сплавы имеют повышенную жаропрочность, а в некоторых случаях и пластичность и пластичность сравнительно с чистым W – свариваемость ограничена. Сплавы W с Nb (£ 2%Nb), Mo (£ 10-15%) и с Zr, Hf, В – пригодны для работы при Т> 3000 ⁰С. Их используют для изготовления сопл реактивных двигателей, в космической технике, для оборудования, которое работает в жидких металлах, для изготовления деталей электрических печей.