Файл: Копецкий, Ч. В. Структура и свойства тугоплавких металлов.pdf

Рост температуры перехода происходит вплоть до тем­ пературы отжига около 1250°С. Дальнейшее повышение температуры изохронных отжигов до 1750°С вызывает некоторое снижение температуры перехода. Такую зави­ симость авторы объясняют перераспределением приме­ сей ннедрѳния при отжиге. Натре© до 7О0°С и выше, почти до 1250°С, приводит к блокированию дислокаций примесями внедрения вследствие образования примес­ ных атмосфер, © результате чего снижается подвиж­ ность дислокаций при низких температурах и повышает-

температуры отжига. Исходное состояние: холод­

ся склонность к хрупкому разрушению. При таком на­ греве образуются сегрегации атомов внедрения по гра­ ницам ячеек и зерен, что также облегчает хрупкое раз­ рушение. В случае нагрева выше 1250°С происходит диссоциация примесных атмосфер вокруг дислокаций л примеси внедрения распределяются более равномерно. ■При этом повышается подвижность дислокаций при низ­ ких температурах и несколько увеличивается низкотем­ пературная пластичность.

Охрупчивание деформировайного полиікристаллического молибдена при отжиге, по-видимому, непосредст­ венно связано не только с процессами рекристаллиза­ ции. Для .приведенного примера температура начала ре-

104

•кристаллизации для деформированного на 90% молиб­ дена, определенная рядом методов ,(іметалло«прафичеоким, твердостью .и механическими -свойствами), лежит между 925 и 1000°С для м-еталлокерамических образцов и между 900 и ;1Г00°С для образцов электроннолучевой

•плавки. Начало же охрупчивания наблюдается уже при 700°С, что значительно ниже температуры начала ре­ кристаллизации, а минимум пластичности —между 1200 и Т250°С, что намного выше этой температуры. По-ви­ димому, бытующее в литературе понятие «рекристаллиізационіная хрупкость» полиікристалличеоких тугоплав­ ких металлов неверно. Следует говорить о некоторой «температуре охрупчивания», которая, помимо концент­ рации примесей внедрения и характера их распределе­ ния, во многом определяется структурой, сформировав­ шейся в результате деформации. Подобные же выводы о связи между хрупкостью деформированных тугоплав­ ких металлов и рекристаллизацией можно сделать так­ же на основании наших исследований вольфрама. Тем­ пература начала охрупчивания вольфрама дуговой плав­ ки соответствовала температуре отжига 1100°С, в то время как температура иачала рекристаллизации этих же образцов, по данным металлографических я рентге­ нографических исследований, соответствовала 1350°С.

Влияние легирующих добавок на хрупкость.

Небольшие добавки высокоактивных по -отношению к примесям внедрения элементов очищают металлы от этих вредных примесей и повышают их пластичность. Особенно широко используют этот метод для повыше­ ния пластичности металлов VI группы. Эффект дости­ гается за счет удаления кислорода, азота и углерода из твердого раствора и перевода этих элементов в дис­ персные равномерно распределенные выделения. Это снижает склонность к хрупкому разрушению за счет повышения .подвижности дислокаций при .низких темпе­ ратурах. Кроме того, легирующие добавки таких эле­ ментов приводят к эффективному измельчению зерна.

Подробно изучено влияние добавок малых количеств активных элементов на низкотемпературную пластич­ ность хрома. Такие элементы, как Zr, Hf, Th, U, V, Ce,

105

La, Pr II некоторые другие редкоземельные металлы (р.з.м.) реагируют с азотом, растворенным в хроме, с об­ разованием нитридов. Nb, Та, Th, Ti, U, Zr также хоро­ шо связывают растворенный углерод в карбиды. Ті, Zr, V, Се, La и другие р.з.м. связывают растворенный кислород в устойчивые окислы [14, с. -164—-171]. Опти­ мальное количество легирующего элемента для получе­ ния наиболее низкой Тхр должно в діва-три раза превы­ шать его -стехиометрическое количество, рассчитанное из состава нитридов, окислов или карбидов. Наиболее эффективно действуют -в качестве рафинирующих доба­ вок редкоземельные металлы. По данным В. Н. Гридне­ ва и В. И. Трефилова, добавки иттрия и празеодима очищают хром от азота значительно более эффективно, чем зонная плавка [14, с. 154—171].

В качестве рафинирующих добавок при получении молибдена, как указывает Е. М. Савицкий [17], .исполь­ зуют большей частью добавки титана, циркония, церия, лантана и иттрия. При этом значительно снижается Гхр и повышается пластичность. Так, при одном и том же размере зерна Гхр для молибдена, легированного 0,5— 1,5% (по массе) Ті, на 100—200 град ниже, чем для не­ легированного [139].

При добавке 0,02% (по массе) У к -молибдену пол­ ностью рѳкристаллизованные образцы электроннолуче­ вой плавки оказываются пластичными при комнатной температуре. Считают, что добавки способствуют выде­ лению по .границам зерен -сложных окислов или -карби­ дов—-соответственно титана и -молибдена или иттрия и молибдена. Вследствие этого хрупкость молибдена, вы­ званная -простыми окислами или карбидами молибдена, существенно уменьшается [139, 17].

-Влияние рафинирующих добавок на пластичность вольфрама изучено менее подробно. Мы -наблюдали, что добавки титана повышают обрабатываемость -вольфра­ ма дуговой плавки. По нашим данным, для вольфрама дуговой плавки с точки зрения повышения технологиче­ ской пластичности оказались полезными совместные до­ бавки 0,01% (по массе) Ті и 0,3% (по массе) Мо. Пер­ вая способствует раоки-слѳняю -металла, а вторая —эф­ фективному измельчению зерна литого металла.

Значительное снижение низкотемпературной хрупко­ сти металлов VI группы достигается за -счет их лѳгиро-

106

вания элементами VII и VIII групп Периодической си­ стемы.

Особенно благоприятное влияние на повышение низ­ котемпературной пластичности, а также технологично­ сти вольфрама и .молибдена оказывают добавки рения. Это явление тщательно изучалось у нас в стране Е. М. Савицким и М. А. Тылкиной [66]. В ли­ тературе появился даже специальный термин «рениевый эффект», характеризующий отмеченное явление [7].

Добавки рения к металлам VI группы Периодичеокой системы приводят к снижению температуры лере-

Рис. 47. Влияние содержания легирующего эле­ мента «а температуру перехода из 'пластическо­ го в хрупкое состояние в системах Сг—Со, Сг—

Fe, Сг—<Ru, Сг—Re, Mo—Re, W—Re [7]

хода по мере роста концентрации рения в сплаве. Если сплавы испытывают в рекристаллизованном состоянии, то для сплава W—Re интенсивное падение Тхѵ наблю­ дается после добавок 15—20% (ат.) Re, для сплава Сг—Re — после 12—16% (ат.) Re, а у сплава Мо—Re падение температуры перехода наблюдается уже при небольших концентрациях рения. Это следует из резуль­ татов, приведенных на рис. 47 [7]. Деформированные оплавы системы W—Re демонстрируют онижеяие Тхр уже при малых 'содержаниях рения. Снижение темпера­ туры перехода в этом случае носит монотонный харак­ тер. Рост пластичности сплавов при низкой температу­

107.

ре .продолжается при легировании рением до содержа­ ния его, близкого к равновесному пределу распвор»мо­ сти. Дальнейшее увеличение содержания рения выше этого предела ведет ж гетерогенизации сплавов за счет выделения о-фазы, что приводит к охрупчиванию спла­ вав и повышению температуры перехода. Сплавы с мак­ симальным содержанием рения оказываются более пластичныіми в рекристаллизавамном состоянии; более вы­ сокая .пластичность сплавов в деформированном состоя­ нии по сравнению с рекристаллизованным характерна для низкорениевых композиций [40, с. 28—67].

В литературе приводится несколько возможных ме­ ханизмов, объясняющих «рееиевый эффект» [7].

Пластичность молибдена может быть увеличена вве­ дением добавок небольших количеств элементов группы железа. По данным [68], низкотемпературная пластич­ ность молибденовой проволоки существенно возрастает

ких добавках заметно растет относительное удлинение молибденовой проволоки при .комнатной температуре. По данным работы [69], добавка сотых долей процента

По нашим данным, наблюдаемый рост пластичности молибдена при легировании малым количеством доба­ вок элементов .группы железа, по-видимому, связан с возрастанием подвижности дислокаций при низких тем­ пературах вследствие ослабления взаимодействия дис­ локаций с примесями внедрения. В результате этого происходит релаксация локальных напряжений и умень­ шается склонность молибдена к хладноломкости. На­ блюдаемый эффект роста пластичности .при легирова­ нии металлов VI группы малыми (около 1%) добавка­ ми элементов VII и VIII групп связывают также с пре­ дотвращением сегрегации примесей внедрения на грани­ цах зерен в соответствии с представлением об измене­ нии электронной структуры [14, с. 154—474]. При этом возрастает склонность к внутрикристаллитному разру­ шению, что ведет к понижению 7Хр на десятки гра­ дусов.

108

Прочность соответственно равна 890 и 980 МН/м2 (89

и 98 кгс/мм2). У сплава ВН-2А значения относительного удлинения и ударной вязкости не снижаются при ох­ лаждении до —496°С и резко падают лишь при —253°С. Сплав ВН-2А нечувствителен к надрезу при —196°С.

Из промышленных молибденовых сплавов, по-види­ мому, максимальной низкотемпературной пластично­ стью обладают малолѳгированные сплавы типа Мо — 0,5 Ті и TZM. [70]. Они более пластичны, чем молибден технической чистоты. Наименьшие значения температу­ ры, при которой листовые образцы сплавов TZM и Мо— 0,5 Ті после отжига для снятия напряжений выдержи­ вают изгиб на 2,21 рад (130 град.) при радиусе изгиба,- равном двум толщинам образца, составляют —40 и —95°С соответственно. Для образцов в рѳкристаллизованном состоянии эти температуры равны 5 и 24°С со­ ответственно. Температура перехода из пластичного со­ стояния в хрупкое при растяжении .гладких и надрезан­ ных образцов сплава Мо — 0,5 Ті в различных состоя­ ниях приведена в табл. 4 [70]. Как видно, температура

при растяжении гладких (числитель) и надрезанных (знаменатель) образцов сплава Мо+0,5% Ті [70]

• Теішіер-атуіру перехода определяла по «изменению относительного -попе­ речного сужения.

ІЮ