книги из ГПНТБ / Копецкий, Ч. В. Структура и свойства тугоплавких металлов

щества сплавов, содержащих рений, перед другими композициями.

Оптимальными с точки зрения использования их в качестве жаропрочных материалов являются сплавы с добавками от 26 до 28% Re. Они пластичны при ком­ натной температуре в полностью рекристаллизованном состоянии. Температура перехода в хрупкое состояние находится в районе —100°С. Сплав ВР-27-ВП, разрабо­ танный Е. М. Савицким с сотрудниками [66], содержит 27% Re; этот сплав применяют в промышленности.

В табл. 7 [17] приведена прочность при кратковре­ менном растяжении сплавов вольфрама с 25 и 30% Re. Данные о длительной прочности сплава W+25% Re, освоенного в США .в промышленном масштабе, приведе-

Рнс. 73. Длительная прочность сплава W-|-25% Re, испытанного при разных температурах в водороде [118, с. 823]. Сплав А получен спеканием при 2400°С, сплав В получен спеканием при 3000°С, сплав С полу­ чен дуговой плавкой

тельной прочности этот сплав значительно уступает лучшим сплавам систем W—Nb и W—Мо.

Из дисперсноупрочненных сплавов вольфрама наи­ более изучены сплавы с добавками окиси тория, полу­ чаемые методом порошковой металлургии. Эти сплавы

162

характеризуются весьма высокой жаропрочностью за счет эффективного торможения процессов рекристалли­ зации и роста зерен при высокой температуре. В про­ мышленном производстве освоен сплав, содержащий оп­

этом температура перехода в хрупкое состояние пример­ но такая же, как у нелегированного вольфрама. Сплав с 2% Th02 при 1370°С имеет высокое сопротивление

ползучести [70].

М. В. Мальцевым с сотрудниками {146] разработан

дополнительное раскисление сплава, что повышает его технологичность и пластичность. Добавки тантала и уг­ лерода в вольфрам ведут к повышению температуры на­ чала рекристаллизации на 300 град. При 400% сплав ТСВ в отожженном состоянии имеет предел прочности сгв=420 — 440 МН/м2 (42 -1-44 кгс/мм2), 6=45 -1-55%, 1(7=45-1- 50%. При этом 7% у сплава по сравнению с нелегированным вольфрамом лежит на 150—200 град ни­ же. Дальнейшее улучшение свойств было получено на

Этот сплав имеет еще более мелкое зерно в литом сос­ тоянии. Упрочняющие частицы оказываются еще более мелкими, чем у сплава ТСВ, что обеспечивает получение при 400% в рекристаллизованном состоянии ав=523

МН/м2 (52,3 кгс/мм2), 5 = 34% и ф =74% . Рекристал­ лизация в сплаве проходит при 1800—1900% [146].

Весьма перспективными оказались сплавы вольфра­ ма с добавками циркония, гафния, ниобия, бора и уг­ лерода [147]. Прочность этих сплавов при 1649% в 3—-

163

бавок рения, к сожалению, нет конструктивных идеи, реализация которых обеспечила бы радикальное повы­ шение пластичности сплавов вольфрама, обладающих высокой жаропрочностью. По-,видимому, целесообразно изучить возможность изготовления изделий из монокри­

сталлов сплавов вольфрама. Отсутствие высокоугловых границ, являющихся основными источниками разруше­ ния при низких температурах металлов VI группы, дает основание надеяться на получение повышенной низко­ температурной пластичности таких изделий по сравне­ нию с поликристаллическими.

МОЛИБДЕН И ЕГО СПЛАВЫ

Нелегированный молибден

На рис. 74 приведена прочность молибдена при раз­ ных температурах. Как -видно из рисунка, максималь­ ная прочность наблюдается у молибдена, полученного металлокерамическим методом, для которого характер­ ны наибольшее количество примесей и наименьший размер зерна. Самая низкая прочность наблюдается для молибдена электроннолучевой плавки, содержаще­ го минимальное количество примесей и имеющего мак­ симальный размер зерна. Значения .механических свой­ ств также зависят от условий испытания — скорости, атмосферы и от формы образца. Данные рис. 74 пред­ ставляют обобщение результатов обзоров [70; 96, с. 248— 247; 97; 98; 101; 102] но исследованию молибдена.

Следуетотметить ряд особенностей температурной зависимости механических свойств молибдена. Усло­ вия получения,' обработки и испытания сказываются на механических свойствах до температур испытания, рав­ ных 0,6 Тпл. Выше этих температур характеристики ме­ ханических свойств всех испытанных образцов нелеги­ рованного молибдена имеют близкие значения.

Как отмечено А. П. Гуляевым и Н. Н. Моргуновой [102], при испытании рекристаллизованных образцов наиболее резкое; изменение, прочности наблюдается в ин­ тервале температур до 400°С для всех сортов молибде­ на независимо от способа получения, обработки и ис­ пытания. В интервале.температур 400—1600°С прочность и пластичность показывают монотонную, сравнительно слабую зависимость от температуры. Структурное сое-

165

Рнс. 74. Зависимость прочности молибдена, полученного раз­ ными методами, от температуры:

166

стояние в этом случае существенно влияет на механи­ ческие свойства. Выше 1600°С изменение прочности с тем­ пературой вновь более интенсивное. В интервале 1300— 1800°С для образцов молибдена с содержанием 0,008% С (ЦМ-1) наблюдается «горячая хрупкость» [102] с ми­ нимумом пластичности в интервале 1500—1700°С.

Длительная прочность и ползучесть делегированно­ го молибдена при высоких температурах изучены так­ же достаточно подробно [70; 97; 98; 101; 106, с. 223— 247; 107, с. 149—175]. На рис. 75 представлены некото-

рые результаты этих исследований. Сопротивление пол­ зучести и длительная прочность нелегированного молиб­ дена существенно зависят от способа получения и обра­ ботки образцов. Предварительная деформация образ­ цов перед испытанием на ползучесть повышает сопро­ тивление ползучести при температуре 1000°С [70]. Дли­ тельная прочность наклепанного молибдена за 100 ч при 1100°С составляет 91 МН/м2 (9,1 кгс/мм2), в то время как после рекріисталлизациодного отжита она равна

63—84 МН/м2 (6,3—8,4 кгс/мм2) [97].

Флагелла указывает на большую разницу в сопро­ тивлении ползучести и длительной прочности образцов молибдена, полученных методом дуговой .вакуумной плавки и методом порошковой металлургии, при 2200°С.

167

Образцы обоих сортов молибдена в .виде листов толщи­ ной 0,25—0,51 мм испытывали на ползучесть до 1000 ч в атмосфере водорода или аргона. Молибден, получен­ ный методом порошковой металлургии, в течение 100 ч выдерживал напряжение 7 МН/м2 (0,7 кгс/мм2), а вакуумплавленный — всего лишь 2,8 МН/м2 (0,28 кгс/мм2). При этом общее удлинение образцов спеченного молиб­ дена составляло 15—30%, а вакуумплавленного 50— 70%. Разрушение первых носило межкристаллитный характер, а вакуумплавленный молибден большей часстью разрушался внутрикристаллитио. Это можно объ­ яснить меньшим размером зерна и наличием дисперсной фазы у молибдена, полученного металлокерамическнм. методом. У вакуумплавленного молибдена зерно круп­ нее, а выделений дисперсных фаз не наблюдается [118,

с. 917—927].

Повышение содержания углерода от 0,003 до 0,05% вызывает резкое возрастание 10-ч длительной прочности молибдена электроннолучевой плавки [106, с. 223—247].

М. Л. Бернштейном и Э. Л. Деминой [108] предпри­ нята интересная попытка повысить длительную проч­ ность молибдена за счет создания оптимальной суб­ структуры при полигонизации. Оказалось, что полигонизация, прошедшая в результате отжига в течение 1 ч при 1150°С в проволочных образцах, предварительно де­ формированных на 5—13%, вызывает повышение дли­ тельной прочности при 900°С за 1000 мин. Полагают, что определенный .вклад в повышение жаропрочности могут внести также процессы старения.

Сплавы молибдена

Как и в случае вольфрама, разработка жаропрочных сплавов .молибдена преследует в основном две цели: с одной стороны, повышение характеристик прочности и сопротивления ползучести, а с другой — повышение низкотемпературной и технологической пластичности. Это достигается в большинстве случаев комбинацией механизмов твердорастворного и дисперсного упрочне­ ний. Были исследованы также сплавы молибдена, в ко­ торых используется один из этих механизмов упрочнения.

Интенсивные исследования в области разработки сплавов молибдена были начаты в первой половине 50-х: годов. За это время изучено значительное количество

168

двойных и тройных композиций сплавов, полученных ме­ тодами вакуумно-дуговой и электроннолучевой плавок, а также методом порошковой металлургии.

Как показали результаты многочисленных исследо­ ваний, легирование молибдена добавками различных элементов в значительных количествах ухудшает его те­ хнологическую и низкотемпературную пластичность, что ограничивает степень легирования. Исключение состав­ ляет рений, легирование которым вплоть до 50% (ат.) резко повышает характеристики пластичности молибдена. Сравнительно мало снижают технологическую пластич­ ность молибдена и добавки вольфрама, что позволяет получать изделия из сплавов молибдена, высоколеги­ рованных вольфрамом (около 30%) [107, с. 149—175]. Оптимальные результаты при разработке сплавов мо­ либдена были получены при легировании его небольши­ ми добавками углерода совместно с одним или несколь­ кими элементами ІѴА группы. В этом случае повыше­ ние прочности достигается в результате совместного дей­ ствия механизмов дисперсного и твердорастворного уп­ рочнения. Этот принцип легирования положен в основу при разработке важнейших промышленных и опытных сплавов молибдена, выпускаемых в нашей стране и за рубежом. Химический состав и некоторые характеристи­ ки механических свойств этих сплавов приведены в. табл. 8.

Обращает на себя внимание большой разброс значе­ ний прочности в интервале температур 800—1400°С, что может быть связано с различным структурным состоя­ нием образцов вследствие разной обработки, которой образцы подвергли до испытания, неодинаковыми ус­ ловиями испытания и, наконец, разницей в содержании углерода. Так, в стандартах США содержание углеро­ да в сплаве TZM даже не нормируется [70]; это приво­ дит к сильному разбросу свойств.

На рис. 76 приведена прочность некоторых молибде­ новых сплавов при испытании на растяжение в услови­ ях разных температур. Как правило, атмосфера, при ко­ торой проводили испытания, — вакуум. Из рисунка вид­ но, что характер изменения предела прочности сплавов молибдена с ростом температуры в целом сходен с тако­ вым для чистого молибдена.

Действительно, здесь также для большинства спла-

169

170

171