9.6.5 Сплавы тантала

Сплавы на основе тантала менее многочисленны по сравнению с ниобиевыми, что связано с большей дефицитностью и меньшей доступностью тантала как растворителя.

У нелегированного тантала сравнительно высокие характерис­тики прочности при комнатной температуре. Спеченный тантал в отожженном состоянии после холодной деформации имеет следую­щие механические свойства при испытаниях на растяжение: σ_в= 470 МПа, σ_0,2 = 400 МПа и ε = 25 %.

Более чистый по составу примесей отожженный тантал электроду- говой плавки менее прочен: σ_в = 310 МПа, σ_0,2 = 220 МПа, но также пластичен ε = 25 %. Наиболее чистый тантал электроннолучевой плавкипосле деформации и рекристаллизационного отжига имеет: σ_в = 210 МПа, σ_0,2 = 185 МПа и ε = 36 %. Нелегированный тантал нечувствителен к надре­зу. С повышением температуры тантал разупрочняется. Так, при 1200 °С (испытания в вакууме) рекристаллизованный тантал электродуговой плавки имеет σ_в = 100 МПа, σ_0,2 = 55 МПа и ε = 47,5 %. Модуль упругос­ти тантала при комнатной температуре составляет Е = 185... 189 ГПа.

Большой запас изотемпературной пластичности у тантала позво­ляет вводить в него значительное количество легирующих элементов в целях повышения жаропрочности, а также коррозионной стойкости.

Среди всех недрагоценных металлов тантал отличается самой высо­кой коррозионной стойкостью, приближающейся к стойкости платины.

К недостаткам тантала следует отнести его высокую плотность (16,6 г/см³), существенно снижающую удельную прочность и жаро­прочность танталовых сплавов.

Тантал хорошо сваривается различными видами сварки.

Существующие танталовые сплавы можно условно подразделить на три группы:

а) жаропрочные;

б) коррозионностойкие;

в) сплавы, предназначенные для электровакуумных приборов.

Жаропрочные сплавы. Выводы, сделанные более 15 лет тому назад

о возможности легирования тантала в целях создания на его основе жаропрочных сплавов, позволяют надеяться на значительное расши­рение их номенклатуры. Известные жаропрочные танталовые сплавы (табл. 48) по структуре представляют собой твердые растворы неслож­ного химического состава. Основные легирующие элементы этих спла­вов - вольфрам, гафний, ниобий и ванадий. Примеси внедрения, при­сутствующие в этих сплавах в небольших количествах, обычно нахо­дятся в твердом растворе и вторых фаз, как правило, не образуют.

Достоинства жаропрочных танталовых сплавов - сравнитель­но высокая кратковременная прочность в широком интервале тем­ператур и повышенная технологичность (пластичность) при обра­ботке давлением, что позволяет получать из них различные полу­фабрикаты (листы, прутки, трубы и др.).

К недостаткам этих сплавов следует отнести невысокое сопро­тивление окислению и высокую плотность (16,3... 16,8 г/см³). Толь­ко у сплава Та - 30 % Nb, 7,5 % V плотность 11,8 г/см³ .

Основой коррозионностойких танталовых сплавов в различных кислотах является система Та - Nb. Результаты исследований коррозионной

Таблица 48

Химический состав и механические свойства жаропрочных танталовых сплавов

Содержание добавки, % (по массе)	Вид, состояние материала	t, ^oC	σв, МПа	σ0,2, МПа	ε, %
W 10 %	Холоднокатаный лист толщиной 1 мм	20 1200 1500 2000	1340 490 200 105		3,5 1,2 10 30
W 10 %	Рекристаллизованный лист толщиной 1 мм	1200 1430 2200	280 140 31	240 120 30
W 10 %	Кованый пруток	20 2680	1023 216		20
W 15 %	Кованый пруток	2690 2930	283 143
W 10 %, Zn 1 %	Рекристаллизованный пруток	1200 1540 1650	334 150 126	280 115 97	21
W 5 %, Hf 10 %	Рекристаллизованное	24 1200 1650	945 420 120	904 238 80	17 38
W 5 %, Hf 2 %	Рекристаллизованное	1200 1650	470 140	290 120
W 4 %, Nb 4 %	Рекристаллизованное	-196 24 1200 1480	997 809 478 131	976 681 436 130	19 17 16 90
Nb 30 %, V 7,5 %	Рекристаллизованное	24 1200 1430	1080 420 250	973 250 150
Mo 4 %, Re 4 %	Холоднодеформированное	1650 1200	70 571	40 493	85

Обозначения: t^o – температура; σ_в - прочность при растяжении; σ_0,2 – предел текучести; ε - относительное удлинение.

стойкости сплавов тантала с ниобием подтверждают, что в агрессивных средах, в которых тантал абсолютно стоек (скорость коррозии << 0,01 мкм/год), также стойки и танталовые сплавы, со­держащие до 50 %(по массе) ниобия.

К таким средам можно отнести кипящие растворы серной, азот­ной, соляной и фосфорной кислот, растворы щелочей, влажный хлор и его соединения и др.

Сплавы для электровакуумных приборов. В производстве электро­вакуумных приборов находят применение главным образом сплавы тантала, легированные ниобием, а также торием. Эти сплавы облада­ют высокими технологическими свойствами и служат заменителем де­фицитного тантала в конструкциях электровакуумных приборов.