Расплав для термообработки

Расплав для термообработки, содержащий олово, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты от газонасыщения ниобия и его сплавов, он дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.
Ниобий 0,2 15,0
Олово Остальное

Изобретение относится к технической обработке тугоплавких металлов в металлических расплавах, в частности ниобия и сплавов на его основе, и может быть использовано в ядерной и космической технике, авиации и т.д.
Высокая химическая активность тугоплавких металлов к примесям внедрения, в особенности кислороду, приводит к тому, что при повышенных температурах обычно не удается сохранить исходную чистоту материала.
Известны способы защиты тугоплавких металлов от окисления путем термообработки в защитной атмосфере или в вакууме. Однако известные способы не позволяют полностью предотвратить газонасыщение.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату из всех известных защитных сред является расплав для термообработки следующего химического состава, мас.
Олово 10-87
Свинец 89-3
Алюминий 1-10
Однако при обработке сплавов ниобия в этом расплаве происходят следующие явления. Расплав интенсивно взаимодействует с границами зерен.
Это проявляется как сильное измерение ширины границ, нарушение их сплошности (происходит "разъедание" границ).
Вследствие "разрыхления" границ происходит газонасыщение ниобия. Об этом свидетельствует наличие окисных фаз, обнаруженных электронно-микроскопически в структуре ниобия, и повышение механических свойств.
В расплаве растворяется значительное количество ниобия.
Расплав недостаточно хорошо смачивает ниобий и в определенном интервале температур становится очень вязким. Кроме того, в процессе термообработки ниобия при высоких температурах выгорает свинец, который приходится добавлять. В связи с этим необходимо принимать специальные меры для соблюдения техники безопасности.
Целью изобретения является повышение эффективности защиты от газонасыщения ниобия и его сплавов.
Это достигается тем, что в известный расплав вместо свинца и алюминия вводят ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.
Ниобий 0,2-15,0
Олово Остальное
Минимальная и максимальная концентрация ниобия в расплаве олова определяется равновесной растворимостью ниобия в олове в интервале температур, при которых осуществляется термообработка ниобия в условиях, предотвращающих газонасыщение. При 250^oС равновесная растворимость составляет доли процента, при 1800^oС (примерно 14,5 мас.).
Известно, что коэффициенты диффузии примесей в металлических расплавах велики и имеют порядок 10^-4 10^-5 см²/с. Атомы ниобия, растворенного в жидком олове, встречаются с атомами газовых примесей, если они попадают в расплав, и соединяются с ними, образуя окислы, всплывающие на поверхности. Интерметаллидная прослойка, которая образуется после термообработки ниобия в расплаве, очень тонкая (несколько микрон) и легко удаляется травлением в растворе
HF + H₂SO₄ + HNO₃ + H₂О.
В процессе термообработки газы, в частности кислород, практически не проникают в ниобий, поэтому содержание примесей после термообработки остается на исходном уровне.
Пример. Образцы ниобия марки НВЧ в виде пластин размером 15 х 15 х 1 мм отжигают при 500, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800^o в течение 30 мин в расплаве олова (ЧДА и ОВЧ000), легированного ниобием (НВЧ). Содержание ниобия в олове при каждой температуре термообработки варьируют в соответствии с равновесной концентрацией при заданной температуре (0,02 мас. 15 мас.).
О величине газонасыщения ниобия судят, изучая структуру и механические свойства ниобия после термообработки.
Для изучения структуры применяют метод металлографии и электронной микроскопии (послойный анализ механически или химически отделенных экстрагирующих угольных реплик, оттененных платиной).
В структуре ниобия после отжига при указанных температурах в расплаве олово-ниобий границы зерен остаются тонкими, чистыми от выделений. Окисные частицы полностью отсутствуют.
Предотвращение газонасыщения подтверждают также исследования механических свойств. После термообработки в расплаве олово-ниобий не наблюдается измельчения зерна (размер зерна после отжига при 200^o в течение 30 мин составляет 75 мкм), не происходит возрастания микротвердости (при нагрузке 50 кг микротвердость после термообработки в расплаве составляет 77 кг мм²).
Таким образом, результаты экспериментальной проверки показали, что предлагаемый расплав позволяет полностью защитить ниобий и его сплавы от газонасыщения в процессе термообработки в широком интервале температур.
Расплав для термообработки, содержащий олово, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты от газонасыщения ниобия и его сплавов, он дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Ниобий - 0,2 - 15,0
Олово - Остальное