книги из ГПНТБ / Шамрай, Ф. И. Сплавы вольфрама, молибдена и ниобия с бором и углеродом

растворимости бора как в деформированных, так и в отожжен­ ных сплавах в этом случае менее 0,005%. Такое влияние угле­ рода на уменьшение растворимости бора в молибдене наблюдается и у закаленных с 2000° сплавов. Минимум упругих свойств I се­ рии сплавов наблюдается при 0,03% и у сплавов II серии при 0,012% В. Однако на микроструктуре сплава с 0,03% В на грани­ цах и в зернах имеются включения избыточной фазы. У сплава с 0,012 % В таких включений не обнаружено.

G/ с м 2

Предел растворимости бора при 2000°, вероятно, ~ 0,02 и уменьшается до ~ 0,012 при 0,01% С, попадающего в сплавы из исходного материала и вследствие «масляного вакуума».

Влияние бора на структуру молибдена. Основной причиной, препятствующей широкому использованию молибдена в качестве конструкционного материала, является его недостаточная низко­ температурная пластичность в рекристаллизованном состоянии при комнатной температуре и при более низких температурах. Ле­ гирование молибдена микродобавками бора привлекает внимание исследователей по двум причинам: во-первых, бор — один из наи­ более эффективных модификаторов; во-вторых, бор обладает высо­ ким сродством к кислороду. Это позволяет улучшить кристалли­ ческое строение литого металла и уменьшить содержание кисло­ рода, повышающего температуру перехода молибдена из хруп­ кого состояния в пластичное. Однако оптимальные результаты по улучшению свойств молибдена за счет обоих указанных эффектов можно получить только при определенном количестве введенного бора. При недостаточном количестве его действие будет неполным, а при избыточном — возможно охрупчивание металла или раз­ рушение при деформировании из-за образования грубых выделе­ ний боридной фазы по границам зерен.

50

В работах [64—70] показано, что бор измельчает зерно молиб­ дена до определенного предела, за которым дальнейшее измельче­ ние незначительно. По данным [64, 66], для молибдена электронно­

ствует 0,02%В. По результатам работ [61, 70], для молибдена элек­ тронно-лучевой плавки уже при содержании 0,005% В наблю­ дается модифицирующее действие на литую структуру. Увеличе­ ние содержания бора более 0,02% незначительно сказывается на величине зерна (рис. 24—26). Однако одно и то же количество бора в меньшей степени влияет на величину зерна деформированного металла, чем литого (рис. 27).

Влияние бора на твердость молибдена. В 1956 г. в [57] отме­ чено, что твердость образцов литого молибдена дуговой плавки зависит от содержания бора. В области твердого раствора наблю­ далось уменьшение твердости по сравнению с нелегированным мо­ либденом. При дальнейшем легировании твердость сильно повы­ шалась. В [58] также в области твердого раствора твердость за­ каленных с 1800° образцов дуговой плавки слегка понижалась с увеличением содержания бора (рис. 28). В [71] изучалось влияние легирования литого вакуум-плавленого молибдена микродобав­ ками различных элементов. При легировании Al, Si, Сг, Fe, Со или Ni твердость достигала минимума. Дальнейшее легирование вызывало увеличение твердости (рис. 29).

В [61] измерялась твердость закаленных с 2000° сплавов молиб­

В [71] высказано предположение, что на уменьшение твердости литого молибдена могут влиять: 1) удаление или нейтрализация примесей, 2) изменение растворимости кислорода или углерода

вматрице при легировании микродобавками других элементов.

Вряде работ [57, 67, 69, 70] отмечено сильное раскисляющее воз- * действие бора.

7.Механические свойства сплавов Мо—В

В1953 г. Чанс и Бруккарт с сотрудниками [72] исследовали механические свойства спеченных при 1800° и отожженных спла­ вов молибдена с бором. Механические свойства листовых образцов Мо—В (отжиг 1200°—0,5 ч [72]) приведены ниже:

52

В, вес. % кГ/мм2 5, %

Добавка 0,05% В увеличивала 6 с 31 до 50%.

В 1968 г. Лютц с сотрудниками [67] тоже изучал свойства при: комнатной температуре сплавов молибдена с бором. Образцы изготавливали из спеченных в вакууме при 2000° —4,5 ч и затем деформированных сплавов. Ниже даны механические свойства сплавов Мо—В:

53

Содержание углерода в слитках составляло 0,01%. Определение механических свойств проводилось при комнатной температуре на образцах типа КРД-3 на машине ИМ-4Р со скоростью нагруже­ ния 2 мм/мин. Максимальную величину относительного удлине­ ния показал сплав, содержащий 0,005% В. Механические свойст­ ва деформированных сплавов Мо—В приведены ниже:

Превышение этой концентрации бора приводило- к снижению пластичности, но степень снижения слабо зависела от коли­ чества бора.

Ниже приведены полученные при комнатной температуре ре­ зультаты измерения механических свойств сплавов Мо—В, вы­ резанных из слитков электронно-лучевой плавки перпендикулярно оси слитка:

Как и в случае деформированных сплавов, лучшую пластич­ ность показал сплав, содержащий 0,005% В. G увеличением коли­ чества боридной фазы пластичность заметно ухудшается.

Пластичность сплавов дуговой плавки также изменяется при легировании бором [69]. Здесь показаны результаты механи­ ческих испытаний отожженных при] 1130° цилиндрических об­ разцов:

Максимальная пластичность наблюдается при содержании 0,009% В в молибдене. Таким образом, рядом исследователей пока-

54

зано, что пластичность при комнатной температуре как литыху так и деформированных и отожженных при различных температу­ рах сплавов существенно улучшается добавками бора в количе­ стве от 0,001 до 0,02 %. Тем более интересно, что в [74] максимальная пластичность при осадке под прессом при комнатной температуре литых образцов электронно-лучевой плавки получена при содер­ жании бора около 0,18%. В этой работе сплавы содержали 0,015 — 0,02% Ti. По-видимому, мы имеем различные механизмы влия­ ния бора на пластичность в случае, когда его концентрация соот­ ветствует или значительно превышает предельную растворимость при данных условиях.

На примере легирования молибдена бором подтверждается положение теории физико-химического анализа сплавов: более отчетливого влияния на механические свойства следует ожидать при концентрации бора, близкой к пределу растворимости при данных условиях. Присутствие углерода в сплавах снижает раство­ римость бора. В [75] методом авторадиографии изучалось распре­ деление углерода в деформированном молибдене, содержащем малые примеси бора. Сообщается, что при микровзаимодействии углерода с бором образуется карбид бора, за счет чего снижается концентрация углерода в твердом растворе и в присутствии бора происходит перераспределение карбидных частиц. Это способство­ вало повышению пластичности молибдена. В [62] рассмотрены меха­ нические свойства при комнатной температуре двух серий сплавов молибдена с бором, с содержанием углерода 0,003% и 0,01% (рис. 30, а, б).

Измерения проводили на образцах типа ЛИМ-5 на машине ИМАШ-12. Лучшие характеристики пластичности 6 и ф при со­ держании 0,01% С— 26 и 60%, при содержании 0,003% С — 19 и 52% соответственно, т. е. подтверждается благотворное влия­ ние углерода на пластичность деформированных сплавов Мо—В.

Рис. 30. Механические свойства деформированных сплавов Мо—В с 0,003% С (а) и 0,01% С (б) [62]

55

Рис. 31. Изотермы совместной растворимости бора и вольфрама в молибдене

[76, 77]

Ход кривых на рис. 30 позволил оценить предел растворимости бора в деформированном молибдене: при содержании 0,01% С —

0,005% В, при 0,003% С — 0,01% В.

Из полученных в [62] данных следует, что деформированные сплавы молибдена с бором в исследованном интервале концентра­ ций условно делятся на две группы. К первой группе относятся сплавы переходной области с содержанием бора менее 0,01 %, т. е. находящиеся вблизи границы растворимости. Для этой груп­ пы сплавов характерно заметное влияние бора на свойства. Ко вто­ рой группе относятся гетерофазные сплавы с содержанием бора выше 0,01 %. Измельчение зерна литой структуры, удельное дав­ ление прессования, упругие и механические свойства при комнат­ ной температуре сплавов этой группы мало зависят от содержа­ ния бора. Однако жаропрочность сплавов растет с увеличением количества избыточной фазы (табл. 20).

Обращает на себя внимание повышенная пластичность при 1100° сплава с 0,005% В. Это согласуется с пределом растворимо­ сти бора 0,004% при 1100°. Ниже приведены оптимальные с точки зрения пластичности соотношения бора и углерода в литом и де­ формированном молибдене, полученные в работе [62]:

56

Влияние вольфрама на растворимость бора в молибдене. Углерод как примесь внедрения уменьшает растворимость бора в молибде­ не. На рис. 31 показано влияние примеси замещения — вольфра­ ма. Совместная растворимость бора и вольфрама в молибдене уве­ личивается с температурой и уменьшается по мере повышения

х / о Z •д

содержания вольфрама. Увеличение содержания вольфрама с 0,05

При дальнейшем увеличении от 10 до 50% содержания вольфра­ ма в твердом растворе растворимость бора колеблется на уровне 0,005%, несколько возрастая (до 0,008%) в вольфрамовом углу системы (рис. 32) '[78].

По литературным данным, растворимость бора в вольфраме при 1000° составляет ~0,005% и при 2500° ~ 0,011% [79].

8.Исследование сплавов Мо—W

сдобавками бора

Упругие свойства, твердость, удельное электросопротивление. В [80] изучали изменение модуля упругости, твердости и удель­ ного электросопротивления. Но из-за отсутствия опытных дан­ ных от 40 до 100% W отрезок кривой изменения модуля упругос­ ти экстраполирован до значения модуля упругости вольфрама (~ 42180 кГ/мм2)1* и не может считаться экспериментально уста­ новленным. Твердость сплавов плавно возрастала от 225 для Мо

57

до ~ 300 кГ!мм2 для сплава с 40% W и практически не менялась вплоть до 100% W. В [81] исследовались упругие свойства при комнатной температуре деформированных сплавов Мо—W (табл. 21).

В работе [78] Мо—W сплавы содержали около 0,01% В и за исходные значения приняты свойства молибдена, содержащего это

Таблица 21. Упругие характеристики сплавов Мо—W

Таблица 22. Механические свойства деформированных сплавов Мо—W—В при 1700° [78]

58

No 20 00 0 0 % 0ы.% Mo 20 00 00 w70ec.%

Рис. 33. Упругие свойства (а), твердость (б), удельное электросопротивление (в) закаленных с 2000° сплавов Мо—W—В [78]

количество бора. Значения упругих свойств, твердости и удель­ ного электросопротивления, в частности для сплава с 50 ат. % W, хорошо укладываются в плавное изменение свойств во всем ин­ тервале концентраций (рис. 33). Как и в [80], на кривой изменения

б}, КГ/МАТ*

Рис. 34. Предел прочности де­ формированных сплавов по различным данным

1— 1650°, прессованный [82];

2— 1650°, кованый [83]; 3, 4— 1700°, прокатанный [84, 85];

5— 1650°, прессованный [85];

6— 1700°, кованый [78];

7— 1700°, прокатанный [86] ,

удельного электросопротивления в интервале 55—56% W наб­ людается пологий максимум. Выводы, основанные на изменении упругих свойств, твердости и удельного электросопротивления закаленных с 2000° сплавов, согласуются с данными [40] об обра­ зовании непрерывного ряда твердых растворов между Мо и W.

59