БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (НИ)

Модуль упругости Н. с. имеет невысокие значения (таблица ), но не снижается с повышением температуры до 1100 °С. Предел длительной прочности за 100 ч при 1100 °С среднелегированных Н. с. (5—10% W или 3—5% Mo, 1—2% Zr или Hf) 100—150 Мн/м 2 (10—15 к гс/мм 2 ), а высоколегированных Н. с. (15—20% W или 10—15% Mo, 1—2% Zr или Hf, 0,1—0,4% С) 280—300 Мн/м 2 (28—30 кгс/мм 2 ).

Механические свойства среднелегированных ниобиевых сплавов (средние значения) в горячедеформированном состоянии (степень деформации 70 — 75%).

Н. с. получают путём плавки в вакуумных дуговых печах с расходуемым электродом, электроннолучевых и плазменных печах, обеспечивающих достаточную чистоту металла (главным образом по элементам внедрения — О, N, Н, С) для сохранения его пластичности. Первую деформацию Н. с. производят при 1200—1600 °С (нагрев в нейтральной среде, в вакууме или в обычной атмосфере печи при условии нанесения на нагреваемые полуфабрикаты специальных защитных эмалей). Деформацию полуфабрикатов в основном производят на воздухе (при 800—1200 °С). Для гомогенизации и дегазации слитки Н. с. подвергают вакуумному отжигу при 1500—2000 °С в течение 5—10 ч с последующим отжигом при 1300—1350 °С в течение 10 ч в вакууме (1·10 -4 мм рт.ст. и выше). Для снятия напряжения деформированные полуфабрикаты Н. с. нагревают при 1000—1100 °С в течение 0,5—1 ч , а для рекристаллизации — при 1350—1450 °С в течение 0,5—1 ч . Освоена вакуумная прокатка листов.

Среднелегированные Н. с. хорошо обрабатываются давлением, из них готовят поковки, прессовки, штамповки, листы, фольгу и трубки различных размеров (вплоть до капилляров). Эти сплавы удовлетворительно обрабатываются резанием, свариваются аргонно-дуговой, контактной и электроннолучевой сваркой. Прочность сварного шва составляет не менее 90% от прочности основного металла в рекристаллизованпом состоянии. Пластичность сварных соединений выражается углом загиба до появления первой трещины (на оправке с радиусом, равным толщине свариваемого листа) и составляет при аргонно-дуговой сварке в камере с нейтральной средой 120—180°. Среднелегированные Н. с. свариваются с малолегированными медными, титановыми и циркониевыми сплавами и паяются с др. металлами с применением специальных припоев.

Наряду с жаропрочными Н. с. важное значение приобрели сплавы Nb с Zr, Sn и Ti, являющиеся сверхпроводниками . Критическая плотность тока Н. с. зависит от вида деформации, режима термической обработки и направления магнитного поля. Сверхпроводящие Н. с. применяются в мощных ускорителях, квантовых генераторах, отражателях горячей плазмы в термоядерных установках и т.д. Технология производства полуфабрикатов из сверхпроводящих Н. с. (проволока, лента, трубы и др.) сходна с технологией производства жаропрочных Н. с.

Лит.: Ниобий и его сплавы, Л., 1961; Тугоплавкие материалы в машиностроении. Справочник, под ред. А. Т. Туманова и К. И. Портного, М., 1967; Титц Т., Уилсон Дж., Тугоплавкие металлы и сплавы, пер. с англ., М., 1969.

Г. В. Захарова.

Нио'бий(лат. Niobium), Nb, химический элемент V группы периодической системы Менделеева; атомный номер 41, атомная масса 92,9064; металл серо-стального цвета. Элемент имеет один природный изотоп 93Nb.

Н. открыт в 1801 английским учёным Ч. Хатчетом (1765—1847) в минерале, найденном в Колумбии, и назван им «колумбием». В 1844 немецкий химик Г. Розе (1795 — 1864) обнаружил «новый» элемент и назвал его «ниобием» в честь дочери Тантала Ниобы , чем подчеркнул сходство между Н. и танталом . Позднее было установлено, что Н. тот же элемент, что и колумбий.

Распространение в природе. Среднее содержание Н. в земной коре (кларк) 2·10 -3% по массе. Только в щелочных изверженных породах — нифелиновых сиенитах и др., содержание Н. повышено до 10 -2—10 -1%. В этих породах и связанных с ними пегматитах, карбонатитах, а также в гранитных пегматитах обнаружено 23 минерала Н. и около 130 др. минералов, содержащих повышенные количества Н. Это в основном сложные и простые окислы. В минералах Nb связан с редкоземельными элементами и с Та, Ti, Ca, Na, Th, Fe, Ba (тантало-ниобаты, титанаты и др.). Из 6 промышленных минералов наиболее важны пирохлор и колумбит . Промышленные месторождения Н. связаны с массивами щелочных пород (например, на Кольском полуострове), их корами выветривания, а также с гранитными пегматитами. Важное значение имеют и россыпи тантало-ниобатов.

В биосфере геохимия Н. изучена плохо. Установлено только, что в районах щелочных пород, обогащенных Н., он мигрирует в виде соединений с органическими и др. комплексами. Известны минералы Н., образующиеся при выветривании щелочных пород (мурманит, герасимовскит и др.). В морской воде лишь около 1 · 10 -9% Н. по массе.

В 60-е гг. 20 в. ежегодно в мире добывалось около 1300 т Н., что по сравнению с кларком свидетельствует о его слабом использовании (слабее большинства металлов).

Физические и химические свойства. Кристаллическая решётка Н. объёмноцентрированная кубическим с параметром а = 3,294 . Плотность 8,57 г/см 3 (20 °C); t пл2500 °C; t kип4927 oC; давление пара (в мм рт. ст. , 1 мм рт. ст. = 133,3 н/м 2) 1 · 10 -5(2194 °С), 1 · 10 -4(2355 °С), 6 · 10 -4(при t пл), 1 · 10 -3(2539 °С). Теплопроводность в вт/ ( м · К ) при 0 °С и 600 °С соответственно 51,4 и 56,2, то же в кал/ ( см · сек · °С ) 0,125 и 0,156. Удельное объёмное электрическое сопротивление при 0°С 15,22 · 10 -8 ом · м (15,22 · 10 -6 ом · см ). температура перехода в сверхпроводящее состояние 9,25 К. Н. парамагнитен. Работа выхода электронов 4,01 эв .

Чистый Н. легко обрабатывается давлением на холоду и сохраняет удовлетворительные механические свойства при высоких температурах. Его предел прочности при 20 и 800 °С соответственно равен 342 и 312 Мн/м 2, то же в кгс/мм 234,2 и 31,2; относительное удлинение при 20 и 800 °С соответственно 19,2 и 20,7%. Твёрдость чистого Н. по Бринеллю 450, технического 750—1800 Мн/м 2. Примеси некоторых элементов, особенно водорода, азота, углерода и кислорода, сильно ухудшают пластичность и повышают твёрдость Н.

По химическим свойствам Н. близок к танталу. Оба они чрезвычайно устойчивы (тантал более чем Н.) на холоду и при небольшом нагревании к действию многих агрессивных сред. Компактный Н. заметно окисляется на воздухе только выше 200 °С. На Н. действуют: хлор выше 200 °С, водород при 250 °С (интенсивно при 360 °С), азот при 400 °С. Практически не действуют на Н. очищенные от примеси кислорода жидкие Na, К и их сплавы, Li, Bi, Pb, Hg, Sn, применяемые в качестве жидкометаллических теплоносителей в атомных реакторах.