книги из ГПНТБ / Крупин А.В. Прокатка металлов в вакууме учеб. пособие

173

легированных сталей, сплавов на основе ниобия и других мате­ риалов.

В табл. 30, составленной на основании результатов исследо­ ваний автора, Я. Б. Гуревича, В. М. Изотова, В. С. Смирнова, В. М. Амоненко и др., приведены данные по деформируемости металлов и сплавов в различных средах.

Металлы с высокой упругостью диссоциации окислов и низ­ кой растворимостью примесей внедрения (вольфрам, молибден

Деформация металлов, обладающих значительной раствори­

ив низком вакууме 13,3—1,33 Н/м2 (ICH—10-2 мм рт. ст.) сопровождается растрескиванием кромок и образованием трещин

иразрывов на поверхности. При прокатке этих металлов на

воздухе на их поверхности образуется пористый слой окалины и охрупчиваются поверхностные слои металлов. Уже при обжатиях порядка 10% в месте отрыва окалины появляются трещины (рис. 114).

Трещины распространяются преимущественно по границам зерен.

Увеличение температуры прокатки и относительного обжатия приводит к большему растрескиванию металла при прокатке на воздухе и в гелии. Изучая характер роста трещин, можно

174

отметить, что вначале микротрещины образуются у поверхности и внутри образца. С увеличением обжатия отдельные микро­ дефекты, действуя как концентраторы напряжений, сливаются в общую трещину.

не обнаруживаются даже при обжатии на 90%, и продукт полу­ чается хорошего качества (рис. 115).

Металлы и сплавы, прокатанные в высоком вакууме, обна­ руживают хорошую деформируемость и при последующей холодной и теплой деформации. Например, образцы циркония характеризуются повышенной деформируемостью при холодной

175

Рис. 115.. Циркониевые образцы после прокатки п различных средах:

176

прокатке, если их предварительно обрабатывали в высоком вакууме (табл. 31). Характер разрушения поверхностных слоев циркония при холодной прокатке представлен на рис. 116.

Т А Б Л И Ц А 31

Холодная деформируемость циркония после горячен прокатки в различных средах

П р и м е ч а й и е. Знак «>» означает, что при данном обжатии трещины на образце не обнаружены.

Прокатка в вакууме позволяет обрабатывать материалы, не поддающиеся деформации в обычных условиях.

Горячая прокатка на воздухе такого металла, как рений, не­ возможна вследствие образования легкоплавкого окисла Re2Ü7,

их можно обрабатывать при очень высоких температурах, осу­ ществляя горячую деформацию. Например, при прокатке на воздухе стали Х16Н19М4ВЗ, по данным Я. Б. Гуревича, опти­ мальным считается температурный интервал 1100—1150° С. Прокатка при более низких и более высоких температурах зна­ чительно снижает деформируемость металла. При температуре 1300° С наступает пережог и полное разрушение металла. Наоборот, горячая прокатка в вакууме при температуре 1300°С не разрушает сталь даже при обжатиях 50% за проход.

4. Механические свойства

Механические свойства металлов, особенно тугоплавких, в значительной мере определяются степенью их чистоты по примесям внедрения.

В литературе часто встречаются данные по механическим свойствам тугоплавких металлов, полученных горячей деформа­ цией в воздушной атмосфере. В этих случаях металлы недо­ статочно чисты, а данные весьма приближенны. Только примене­ ние вакуума при выплавке, нагреве и пластической деформации

Рис. 118. Изменение механических свойств металлов в зависимости от условий прокатки:

с прокаткой на воздухе и в среде инертного газа, как правило, приводит к увеличению пластичности металлов, определяемой по относительному удлинению или сужению (рис. 118). Повыше­ ние пластичности металлов, прокатанных в вакууме, связано с резким понижением газонасыщения или даже некоторой очисткой от газовых и других вредных примесей, а также более равномерным их распределением и залечиванием микро­ дефектов.

Пластические свойства ниобия, тантала и ванадия непре­ рывно растут по мере повышения степени разрежения при нагреве и прокатке металлов.

В то же время пластичность кованого и металлокерамиче­ ского молибдена, увеличиваясь при переходе от воздуха к низ­

178

кому вакуума 13,3 Н/м2 (ІО-1 мм рт. ст.) (см. табл. 28), прак­ тически ие изменяется при дальнейшем увеличении степени

разрежения.

Уменьшение газонасыщения, рафинировка и изменение струк­ туры металлов, прокатанных в вакууме, приводят одновременно

в вакууме, одновременно с повышением пластичности наблюда­ ется рост прочности (табл. 32, рис. 118). Это связано, вероятно, с отсутствием микротрещиН и увеличением плотности металлов, прокатанных в высоком вакууме.

Т А Б Л И Ц А 32

Механические свойства молибдена, прокатанного в различных средах

Сповышением температуры прокатки и относительного обжа­ тия различие в механических свойствах металлов, прокатанных

ввакууме и на воздухе, возрастает. С повышением обжатия и температуры прокатки на воздухе и в гелии пластические харак­ теристики металлов падают. Это объясняется увеличением от­ носительного содержания примесей внедрения и количества ми­ кротрещин.

Сповышением температуры прокатки на воздухе прочность может расти в связи с повышением содержания примесей внед­ рения, но до определенного предела. Образующиеся при этом микротрещины служат концентраторами напряжений, вызывают падение прочности и затем хрупкое разрушение металла.

При увеличении относительного обжатия на образцах нио­

ностные и снижаются пластические характеристики, что объяс­ няется отсутствием процесса рекристаллизации и связанным с этим наклепом металла.

Исследования, результаты которых представлены на рис. 118, проведены на образцах ниобия, вырезанных непосредственно из прокатанных пластин без дополнительной обработки (травле­ ния, обдирки и т. д.). Более высокие прочностные и более низ­ кие пластические характеристики у образцов, прокатанных в низ­ ком вакууме, по сравнению с прокатанными в высоком вакууме, связаны, наряду с другими факторами, также с характером и толщиной окисной пленки. Относительно толстая окнсная пленка, образующаяся при прокатке в вакууме 1,33 Н/м2 (10~2 мм рт. ст.), способствует повышению прочности и сниже­ нию пластических свойств металла.

После снятия окисной пленки с образцов ниобия прочност­ ные и пластические характеристики металла, прокатанного в низком и высоком вакууме, выравниваются. Удаление окисной пленки с образцов, прокатанных на воздухе, приводит к повы­ шению механических свойств (табл. 33), которые, однако, оста­ ются более низкими, чем свойства металла, прокатанного в ва­ кууме. Это объясняется проникновением в металл, обработан­ ный на воздухе) газов на сравнительно большую глубину.

Полное удаление не только окисленных, но и, газонасыщен ных слоев металла, нагретого и прокатанного на воздухе, хотя и приводит к значительному улучшению его пластических свойств, все же не выравнивает свойства ниобия, обработанного в различных средах. По данным В. М. Амоиенко и др. пластич­ ность ниобия, прокатанного на воздухе, после полного снятия газонасыщенного слоя на 10—20% ниже, чем у металла, нагре­ того и прокатанного в вакууме 1,33* 10~3 Н/м2 (ІО-5 мм рт. ст.) (табл. 34). Это различие механических свойств нельзя объяс-

180

Т А Б Л И Ц А 3-Г

нить разным содержанием газов, так как после снятия газонасы­ щенного слоя количество газа в обоих металлах становится оди­ наковым. Причина этого явления заключается в улучшении структуры металла, прокатанного в вакууме.

Сравнение механических свойств металлов после прокатки по существующей в промышленности технологии (нагрев в инерт­ ной среде — прокатка на воздухе) и после прокатки в вакууме показывает преимущество последней. Например, относительное удлинение ниобия, прокатанного в вакууме, составляет 28%, а деформированного по существующей технологии 23%. Механи­ ческие свойства образцов ниобия, тантала, ванадия и циркония,

181

полученных холодной прокаткой до толщины 0,5 мм и вакуум­ ным отжигом (предварительно прокатанных в различных сре­ дах), выше после прокатки в высоком вакууме, чем после про-

^ 392(40)

%

£ 294(30)

I 196(20)

^98(10)

чением глубины вакуума пластичность металлов, обработанных таким способом, возрастает.

Холоднокатаный цирконий, предварительно деформирован­ ный в вакууме 1,33-Ю-2 Н/м2 (ІО-4 мм рт. ст.), в вакууме 1,33 Н/м2 (ІО-2 мм рт. ст.) и в среде гелия, имеет примернооди­

182