Недостатки Mo и его сплавов:

1. Низкая жаростойкость: сильная окисляемость на воздухе при температурах выше 650˚С.

2. Невысокая пластичность в литом и рекристаллизованном состоянии, сравнительно высокая Т_хр (выше чем у жаропрочных ниобиевых сплавов).

3. Высокая хрупкость сварных швов.

3.1. Жаропрочные молибденовые сплавы

Температура рекристаллизации Mo составляет 1000-1050˚С. Поэтому при достижении рабочих температур чистый молибден разупрочняется более чем в 5-7 раз по сравнению с комнатной температурой.

Уровень жаропрочности может быть существенно повышен за счёт легирования. Как и при создании жаропрочных сплавов на любой основе, Mo легируют элементами, упрочняющими матрицу за счёт образования твёрдых растворов и частиц избыточных фаз.

Следует отметить, что возможности легирования молибдена с целью создания жаропрочных сплавов весьма ограниченны по двум причинам:

1. Только два элемента, W и Ta, повышают солидус молибденовых сплавов, остальные элементы снижают солидус. По интенсивности снижения солидуса элементы можно расположить в следующий ряд Re-Nb-V-Hf-Zr-Ti-Co-Fe-Ni.

2. Введение больших количеств легирующих элементов, кроме W и Re, вызывает сильное охрупчивание, повышает Т_хр и приводит к резкому понижению деформационных возможностей сплава.

Поэтому в подавляющем большинстве случаев жаропрочные молибденовые сплавы являются малолегированными с суммарным содержанием легирующих элементов не более 1-1,5%. Исключение составляют лишь сплавы систем Mo-W(ЦМВ30 и ЦМ50 с 30 и 50%W соответственно) и сплав системы Mo-Re(МР-47ВП с 47%Re) (Табл. 2).

Малолегированные молибденовые сплавы – это сплавы с дисперсионным упрочнением. В качестве фаз упрочнителей используются карбиды, причём не молибдена, а легирующих элементов, обычно циркония и/или титана. Считается, что карбид молибдена Mo₂C отрицательно влияет на механические свойства молибдена и его

---

Табл. 2 – Химический состав, температура начала рекристаллизации (t_н.р.) и механические свойства Mo сплавов в отожжённом состоянии

Марка сплава	Легирующие элементы, %				tн.р., ˚С		Механические свойства при 1200˚С
	С	Zr	Ti	Прочие			σв, МПа	σ100, МПа
ЦМ1(Mo)	<0,5	-	-	-		1050		100	40
ЦМ2А ЦМ6	≤0,004 ≤0,004	0,1 0,15	0,2 -	- 0,002 В		1300 1300		250 350	100 140
ВМ1 ЦМ5 4605 ВМЗ	0,1 0,06 0,20 0,3	0,12 0,5 0,6 0,45	0,1 - - 0,1	до 0,6 W     1,5 Nb		1500 1600 - 1650		340 500 - 535*	90 200 - -
ЦВМ30 МР47ВП	≤0,01 ≤0,004	- -	- -	30 W 47 Re		1400		300 -	250 -
*при температуре 1300ºС

---

сплавов. Этот карбид располагается на границах зёрен молибденового твёрдого раствора, что вызывает снижение пластичности. Кроме того, карбид Mo₂C быстро коагулирует при нагреве, что отрицательно сказывается на жаропрочности.

Металлы IVA группы химически более активны, чем Mo, и взаимодействуют с углеродом, образуя тугоплавкие и жаропрочные карбидные фазы TiC, ZrC, (Ti,Zr)C. При этом количество карбидной фазы Mo₂C уменьшается.

Как следует из табл. 2, в промышленности используются сплавы с добавками Zr и Ti, которые вводятся порознь и вместе. Максимальная жаропрочность и одновременное повышение t_н.р. достигается при совместном введении титана и циркония, причём с увеличением их концентрации и содержания углерода, жаропрочность растёт (рис. 1) за счёт снижения пластичности. Это и определяет предельное содержание этих легирующих элементов в сплавах.

Рис. 1 – Влияние содержания легирующих элементов в сплавах систем Mo-C, Mo-Zr-C и Mo-Ti-C на температуру начала рекристаллизазии (а) длительную прочность за 100 и при 1400˚С (б)

3.2 Области применения молибденовых сплавов

Молибден и его сплавы является основным конструкционным материалом ядерных реакторов. Молибденовые сплавы применяются для различных деталей космических аппаратов и реактивных самолётов, работающих при температурах 1500-1600˚С. Хорошее сочетание теплофизических характеристик и механических свойств обусловливает применение для пресс-форм для горячего прессования профилей из сталей (до 1250˚С). Нагреватели и экраны вакуумных печей. В электровакуумных приборах.

4. Вольфрам и его сплавы

Вольфрам как основа сплавов обладает рядом уникальных свойств.

1. Он имеет самую высокую среди металлов температуру плавления (3420˚С), отличается высокой жаропрочностью и поэтому является наиболее перспективной основой для создания конструкционных материалов, предназначенных для работы при температурах 1500-3000˚С.

2. Он имеет очень высокий модуль упругости E=390ГПа.

3. Предел прочности в зависимости от чистоты и структурного состояния меняется от 500 до 100 МПа при практически нулевом удлинении.

Недостатки W, которые затрудняют производство из него изделий.

1. Основным недостатком W является хрупкость при низких температурах. Т_хр технически чистого рекристаллизованного W выше 200˚С. Только в деформированном и монокристалльном состояниях он имеет заметную пластичность. Однако рабочие температуры жаропрочных W сплавов обычно выше t_н.р. Поэтому деформированную структуру обычно сохранить не удаётся.

2. Высокую плотность W (19.3 г/см³) можно рассматривать как недостаток при создании конструкционных сплавов для ЛА, т.к. снижаются характеристики удельной прочности и жаропрочности.

3. Низкая жаростойкость W и его сплавов.

4.1. Жаропрочные вольфрамовые сплавы

Создание жаропрочных сплавов на основе вольфрама имеет свои специфические особенности. Основные проблемы, которые решают при создании конструкционных сплавов на основе вольфрама, следующие:

---

- повышение высокотемпературной кратковременной и удельной прочности

- улучшение низкотемпературной пластичности.

Повышение прочностных характеристик может быть эффективно реализовано за счёт деформационного (структурного) упрочнения. Путём пластической деформации при температурах ниже температуры начала рекристаллизации создаётся полигонизованная структура с размерами субзёрен или ячеек < 0,1 мкм и с высокой плотностью дислокаций (ρ=10¹¹-10¹² см^-2). Но деформационное упрочнение, создавая материалы с ультравысокой прочностью для работы при низких температурах, не решает проблемы создания жаропрочных сплавов, т.к. деформационное упрочнение действует до ~ 0,4-0,5Т_пл. При более высоких температурах из-за развивающихся процессов рекристаллизации сплавы быстро разупрочняются. Для сплавов на основе вольфрама это важно, т.к. рабочие температуры этих материалов обычно значительно превышают t_н.р.

Второй способ повышения прочностных свойств и жаропрочности – это твёрдорастворное упрочнение. Для вольфрама, как и для других металлов, твёрдорастворное упрочнение эффективно сохраняется до 0,6-0,65 Т_пл. Однако твёрдорастворное упрочнение W имеет существенные ограничения по двум причинам.

1. Легирование должно обеспечить повышение температуры плавления, с которым связано замедление диффузионных процессов при ползучести. Этот принцип не может быть реализован при создании вольфрамовых сплавов, т.к. все металлы снижают температуру плавления вольфрама. По интенсивности снижения T_пл в расчёте на 1%(ат.) легирующие элементы можно расположить в следующий ряд: Ta, Mo, Nb, Re, Cr, V, Hf, Zr, Ti, Fe, Co, Ni.

Поэтому можно лишь говорить об элементах, минимально снижающих солидус вольфрама (Ta, Mo, Nb, Re).

2. Известно, что эффект растворного упрочнения возрастает при увеличении искажений кристаллической решётки, которые вызывают атомы легирующего элемента. Эти закономерности выполняются и для вольфрама: для металлов, образующих твёрдые растворы замещения, упрочнение вольфрама при легировании возрастает пропорционально различию в атомных радиусах вольфрама с Mo, Re, Ta, Nb, Os, Hf, Zr, которое составляет 0,008; 0,006; 0,0086; 0,0098; 0,012; 0,036; и 0,038 соответственно. Однако элементы, вызывающие сильные искажения кристаллической решётки, наиболее сильно снижают низкотемпературную пластичность и повышают Т_хр.

Для предотвращения охрупчивания при твёрдорастворном упрочнении в W вводят элементы замещения ,которые вносят минимальные искажения в кристаллическую решётку – это Mo и Re. Именно по этому принципу создана группа вольфрамовых сплавов на основе систем W-Mo и W-Re типа MB, BP и МВР с 15-50%Mo и с ~5 и ~25%Re.

Как уже отмечалось, твёрдорастворное упрочнение эффективно только до температур 0,50-0,65 Т_пл. Поэтому для повышения характеристик жаропрочности и рабочих температур конструкционных сплавов на основе W используется их упрочнение дисперсными частицами, т.е. реализуется известный механизм дисперсионного и дисперсного упрочнения.

---

4.2 Области применения вольфрама и его сплавов

1. В светотехнике W(BA) используется для спиралей и других типов нитей ламп накаливания. В спиральных лампах используются проволочные элементы из сплава W-5Re, в прожекторах используется W(BA) и торированный W.

2. Авиакосмическая техника. W и его жаропрочные сплавы используются для изготовления сопел реактивных двигателей, носовых обтекателей, передних кромок и других ответственных деталей ЛА и в объектах оборонной техники. Здесь используется высокая жаропрочность и высокие рабочие температуры W и его сплавов.

3. Применения, основанные на особых физических свойствах W:

а) сплавы – твёрдые растворы на основе W (например, МВ50-50%Mo) имеют более высокое удельное электросопротивление. Поэтому их применяют в качестве нагревательных элементов в вакуумных печах электросопротивления вместо более жаропрочного чистого W;

б) ТКЛР вольфрама близок к значению ТКЛР со многими твердыми и боросиликатными стеклами, поэтому W используется для токовводов вакуумных стеклянных слоев в высоковакуумных электронных трубках;

в) тяжёлые металлы – это тройные сплавы W с Ni и Сu (3-5%Cu; 3-10%Ni). Главное достоинство этих сплавов – это высокий коэффициент поглощения γ-лучей, в 1,5 раза больше, чем у Pb. Применение этих сплавов позволяет значительно уменьшить толщину защитных экранов в устройствах, где содержаться радиоактивные вещества;

г) псевдосплавы W или Mo с медью или серебром. Эти сплавы готовят методом ПМ. В этом КМ каждый компонент сохраняет свои индивидуальные свойства: высокая электропроводность у Cu или Ag. Отсюда ценность этих материалов при производстве электрических контактов;

е) W-2%ThO₂ – неплавящиеся электроды при АДС и ЭЛС.

Вопросы для самоконтроля

Общие вопросы

1. Какие существуют способы повышения уровня жаропрочности при разработке сплавов на основе металлов VA и VIA групп за счет легирования?

2. Какие существуют специфические особенности при создании жаропрочных сплавов на основе ТМ при твердорастворном упрочнении?

3. Какие предъявляются особые требования к избыточным фазам упрочнителям при разработке жаропрочных сплавов на основе ТМ при гетерогенном упрочнении?

4. В чем различие дисперсионноупрочненных сплавов и дисперсноупрочненных сплавов на основе ТМ?

5. В чем состоит способ создания жаропрочных сплавов на основе металлов «большой четверки», упрочненных фазами внедрения? Какие используются фазы внедрения при создании жаропрочных сплавов, какие этим фазам предъявляются требования? Какими способами они вводятся в ТМ?

6. Назовите примерные интервалы температур, в которых наиболее перспективной основой для создания жаропрочных сплавов является Nb? В каких Ta, в каких Mo и в каких W? По каким свойствам проводится оценка этих диапазонов и почему?

7. Какие используются способы при создании жаропрочных сплавов на основе ТМ VA и VIA групп и сплавов на их основе? Проведите градуировку этих способов по предельным рабочим температурам.

---

Смотрите также файлы

• Список литературы по тугоплавким металлам.docx

• Курсовая. Анализ фазовых превращений в системе Cu-Sn.docx

• Ответы на вопросы по порошкам (Шляпин).docx

• Реферат по патентному поиску.docx

• Ответы на билеты по титановым сплавам.doc