вольфрама сплавы

ВОЛЬФРАМА СПЛАВЫ

сплавы на основе вольфрама. Различают однофазные и гетерофазные. В последних легирующие элементы или их соед. с W образуют самостоят. фазы, равномерно распределенные во всем объеме материала.

К однофазным относятся сплавы, легированные Mo, Ta, Nb, Cr и Re. Среди них наиб. прочностью при растяжении отличается сплав, содержащий 15% Mo (табл. 1). Сплавы, легированные Re, сочетают пластичность в рекристаллизованном состоянии с высокой прочностью; наиб. применение нашли сплавы с 25–27% Re.

^{Табл 1. — ХАРАКТЕРИСТИКА СПЛАВОВ ВОЛЬФРАМА}

_{¹ При 2200 °C 49 МПа. ² Температура 1880 °C. ³ Содержание в атомных %. ^4,5 При 2250 °C соотв. 145 и 243 МПа.}

Гетерофазные B.C. содержат 0,15–0,60 атомных % углерода и 0,2–0,6% Zr или Nb (Hf или Та). При 2300 °C и выше эти сплавы представляют собой пересыщенные твердые растворы легирующих элементов в W. Ниже 2300 °C из них выделяются высокодисперсные частицы карбидов [Zr(Hf)W]C или [Ta(Nb)W]C (упрочняющая фаза), повышающих высокотемпературную прочность сплавов. Поэтому такие сплавы наз. дисперсноупрочненными. Оптим. содержание карбидной фазы 0,3–0,6 мольных %.

Высокой прочностью при температурах, составляющих 0,6–0,7 от температуры плавления сплава, обладают эвтектич. сплавы. Так, для сплава, содержащего 12,7% Nb, 0,14% Zr, 0,29% V и 0,19% С, при 2000 °C 420 МПа. Эвтектич. сплавы обладают повыш. температурой рекристаллизации (от 1800 до 2000 °C). Однако они малопластичны и используются только в литом состоянии.

Высокими прочностью и формоустойчивостью при больших температурах отличаются гетерофазные В. с. с добавками оксидов: SiO₂ (0,02–0,05% по массе), K₂O (0,001%), Al₂O₃ (0,001–0,003%). Так, для проволоки (диам. 100 мкм) из этого сплава составляет при 1500 и 1800 °C соотв. 890 и 389 МПа.

В качестве упрочняющей фазы используют ThO₂ в количестве 0,7–5% по массе. Помимо жаропрочности присадка ThO₂ увеличивает и электронную эмиссию сплава. Для прутков (диам. 2 мм), изготовленных из сплава, содержащего 1,5% по массе ThO₂, при 1500, 1800 и 2000 °C составляет соотв. 200, 100 и 80 МПа.

Сочетанием высоких прочности и пластичности с коррозионной стойкостью и способностью поглощатьизлучение отличаются гетерофазные сплавы высокой плотности W-Cu-Ni и W-Fe-Ni (содержание W до 90–95%). Эти сплавы представляют собой системы, в которых кристаллич. фаза W сцементирована связкой из сплава Cu-Ni и Fe-Ni (табл. 2). К сплавам высокой плотности можно отнести также псевдосплавы, содержащие 12–30% по объему Cu или Ag. Последние получают пропиткой пористой вольфрамовой заготовки расплавом Cu или Ag. Сплавы отличаются повыш. твердостью, высокими электрич. проводимостью и теплопроводностью.

^{Табл 2. — ХАРАКТЕРИСТИКА СПЛАВОВ ВОЛЬФРАМА ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ}

Основу т. наз. твердых B.C. составляют зерна карбида, сцементированные (при жидкофазном спекании) кобальтом (табл. 3). Карбидная фаза может состоять из одного вольфрама карбида (WC), двух карбидов (TiC и WC) или трех (TiC, TaC и WC). Твердость сплавов на основе WC в зависимости от содержания WC изменяется от 900 до 830 МПа (по Роквеллу), на основе WC и TiC 920–870 МПа, на основе WC, TiC и ТаС 890–870 МПа (также по Роквеллу).

^{Табл. 3 — ХАРАКТЕРИСТИКА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ ВОЛЬФРАМА}

Компактные заготовки из B.C. получают вакуумной плавкой (дуговой и электронно-лучевой) или методами порошковой металлургии. Плавку осуществляют в охлаждаемых водой медных кристаллизаторах с непрерывной вытяжкой слитка по мере его кристаллизации. Порошки W и легирующих элементов заданного гранулометрич. состава смешивают, а затем прессуют из них под давл. 150–600 кПа штабики. Последние спекают в среде водорода при 1150–1300 °C в электрич. печах, а затем при температурах до 3000 °C, пропуская через заготовки электрич. ток. Заготовки из B.C. сложной формы получают восстановлением WF₆, MoF₆ и ReF₆ водородом путем осаждения выделяющихся металлов на нагретой поверхности.

Сплавы с Mo (15%) используют для изготовления поковок, сопел ракет и изделий, работающих под высокими нагрузками, сплавы с Re (20 и 5%) — для производства высокотемпературных термопар. Из сплавов W-Mo-Re и W-Re изготовляют катоды и др. детали в электровакуумной технике. Эвтектич. сплавы применяют при создании форм (матрицы, волоки), используемых для высокотемпературной обработки металлов давлением. Сплавы, легированные ThO₂,- материалы катодов для электронных и электротехн. приборов. Из сплавов с добавками оксидов Si, К и А1 получают нити накаливания осветительных ламп всех видов. Из сплавов W-Ni-Cu и W-Te-Ni изготовляют экраны для защиты от радиоактивного излучения и детали инерц. приборов, из сплавов W-Cu и W-Ag — электроконтакты, электроды для контактной сварки, прерыватели высокого напряжения и др. Твердые В. с. используют для изготовления инструментов для буровых работ в крепких породах, обработки металлов резанием, волочением, холодной штамповкой и др. Дисперсноупрочненные сплавы — перспективные материалы для изготовления элементов конструкций, работающих под нагрузкой при высоких температурах.

^{Лит.: Свойства и применение металлов и сплавов для электровакуумных приборов. Справочное пособие, М., 1973; Копейки и Ч. В., Структура и свойства тугоплавких металлов, М., 1974; Савицкий Е. М., Поварова К. Б., Макаров П. В., Металловедение вольфрама. М.. 1978; Зеликман А. Н., Никитина Л. С., Вольфрам, М., 1978.}

_{Ю. М. Королев, В. С. Фастовский}