УДК 621.762
СВОЙСТВА СПЛАВОВ МОЛИБДЕНА ПОСЛЕ РАЗЛИЧНОЙ ДЕФОРМАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ
© Ершова Инна Олеговна, канд. техн. наук; Акименко Владимир Борисович, канд. техн. наук; Федотенкова Ольга Борисовна
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.Бардина», Россия, Москва. E-mail: akimenko08@mail.ru Статья поступила 30.05.2010 г.
Рассмотрены преимущества и недостатки деформационной обработки (экструзия, ковка, комбинированные варианты) спеченных заготовок из порошковых сплавов молибдена. Приведены механические свойства, микроструктура прутков из порошковых и литого сплавов молибдена после различных способов деформационной обработки полуфабрикатов.
Ключевые слова: молибден; порошковые материалы; деформационная обработка; экструзия; ковка; микроструктура; механические свойства.
Известно определяющее влияние вида деформационной обработки и степени деформации на уровень и стабильность механических свойств тугоплавких металлов и сплавов, особенно молибдена и вольфрама. Для материала деталей, эксплуатируемых в условиях сложнонапряженного нагружения, важной характеристикой, помимо уровня механических свойств, является их анизотропия - разница значений прочности и пластичности в продольном и поперечном направлениях относительно оси по длине заготовки, отчетливо проявляющаяся при температуре испытания 20 °С. В промышленном производстве крупногабаритные деформированные заготовки круглого сечения (прутки) из молибдена и сплавов изготавливают, как правило, экструзией или ковкой полуфабрикатов (спеченных или литых). Преимуществами экструзии являются высокая воспроизводимость технологии изготовления и, как следствие, стабильность механических свойств заготовок в одной партии и от партии к партии; недостатком - значительная анизотропия механических свойств в продольном и поперечном направлениях из-за существенного различия микроструктуры металла. В отличие от экструзии ковка спеченных или литых заготовок позволяет формировать различную структуру металла в зависимости от технологии ковки: равноосные или ориентированные вдоль длины прутка зерна. В первом случае механические свойства продольных и поперечных образцов практически не отличаются, во втором - наблюдается незначительная анизотропия механических свойств в объеме заготовки. Возможны также комбинированные варианты деформационной обработки, направленные на снижение анизотропии механических свойств, на-
Таблица 1. Состав исследованных материалов
Марка материала Технология Легирующие
изготовления заготовок под деформацию элементы и соединения
М-МП Порошковая -
МИт-МП металлургия Y2O3; В
МЦ-МП ZrB2; В
МВ-2-МП W; Y203; НЮ2; В
ВМ1М Вакуумная плавка Ti; Zr; С
пример, экструзия и последующая ковка во взаимно противоположных направлениях или применение двукратной экструзии.
Объектами исследований в данной работе являлись прутки промышленного производства из порошкового молибдена марки М-МП, порошковых сплавов марок МИт-МП, МВ-2-МП, МЦ-МП (условное обозначение) и литого молибденового сплава марки ВМ1М (табл. 1), изготовленные различными способами деформационной обработки.
Спеченные заготовки из порошковых материалов изготавливали смешиванием порошков исходных компонентов, гидростатическим прессованием смеси
Рис. 1. Микроструктура экструдированных прутков
из порошкового молибдена М-МП в продольном (а) £
и поперечном (б) направлениях относительно оси ^
вытяжки, х200 ш
Таблица 2. Схемы деформации и термической обработки полуфабрикатов и механические свойства прутков
Степень дефор- Механические свойства прутков при температуре
Марка Схема деформации и термообработка Диаметр прутка, испытания (°С), направление
20 1800
сплава прутков мм мации, % продольное поперечное продольное
стВ, МПа 5, % стВ, МПа 5, % стВ, МПа 5, %
М-МП Однократная экструзия 45 68 655 17 390; 405 0,0 32,3 33
и отжиг для снятия 40 75 680 22 345; 405 0,0 33,3 29
напряжений 32 84 695 26 625; 620 0,0 34,3 29
28 88 705 33 - - 36,3 30
МЦ-МП Однократная экструзия 45 68 475-695 0,0-0,8 - - 48,5 53
и отжиг для снятия 84 785±802 24±5 2 48,0 43
напряжений (X = 2,7)
Двукратная экструзия X = 9,7 1 890 18 - - 61,7 16
и отжиг для снятия
напряжений
МВ-2-МП Однократная экструзия 45 68 700 15 345; 425 0,0 44 20
и отжиг для снятия 40 75 790 16 530 0,0 61 27
напряжений 35 81 845 21 375; 550 0,0 62 14,5
45 80 - - 480-510 0,0 - -
Двукратная экструзия 45 1 3-55 - - 600-620 0,0 - -
и отжиг для снятия 2-80
напряжений
Однократная экструзия, 1 3-80 700-730 0,8-1,7 800-810 0,3-0,8 - -
ковка осадкой и отжиг 2 4-40
для снятия напряжений 1 3-80 2 4-60 600; 630 0,0 590-640 0,0 - -
М-МП Ковка осадкой и вытяжка 5 90 35 475; 540 0,53; 3,3 490 0,2 27,1; 28,2 35,2; 38,4
МИт-МП Ковка осадкой и вытяжка 5 90 35 550; 580 4,9; 7,5 670 6,9 33-34 20-32
ВМ1М Однократная экструзия и рекристаллизацион-ный отжиг 90 55 540-570 3,3-7,1 42-51 52-72
1 Суммарная вытяжка. 2 Статистическая обработка 12 результатов.
3 При экструзии. 4 При ковке. 5 Вытяжка в направлении, противоположном осадке.
и спеканием прессовок в индукционных печах в атмосфере сухого водорода. При изготовлении литых заготовок из сплава ВМ1М использовали технологию вакуумплавления [1]. Экструзию спеченных заготовок проводили на горизонтальном прессе усилием 1500 т при температуре нагрева печи 1650 °С, ковку - на 3-т пневматическом молоте при 1600-1650 °С. Деформированные прутки из порошковых материалов отжигали при температуре ниже температуры начала рекристаллизации с целью частичного снятия остаточных напряжений. Деформацию литых заготовок из сплава ВМ1М осуществляли экструзией и последующим ре-кристаллизационным отжигом.
В табл. 2 приведены результаты механических свойств прутков при 20 °С (продольное и поперечное на° правления) и при 1800 °С в зависимости от деформационной и термической обработки полуфабрикатов. Опреде-§ ляли механические свойства (временное сопротивление разрыву стВ и относительное удлинение 5) при испытани-| ях на растяжение со стандартной скоростью нагружения < (перемещения подвижного захвата) 2 мм/мин при радиа-г ционном нагреве образцов в вакууме.
Применение однократной экструзии спеченных заготовок с высокой скоростью выдавливания через очко матрицы позволяет реализовать высокие механические свойства прутков в продольном направлении, но формирует различную структуру материала вдоль и поперек оси вытяжки (рис. 1, а, б), что является причиной высокой анизотропии механических характеристик при 20 °С. Увеличение степени деформации при экструзии е с 68 до 88% повышает ств и 5 при 20 °С продольных образцов прутков из молибдена М-МП и сплава МВ-2-МП (для М-МП стВ - от 655 до 705 МПа; 5 - от 17 до 33%; для МВ-2-МП стВ - от 700 до 845 МПа; 5 - от 15 до 21%). При температуре испытания 1800 °С (существенно выше температуры рекристаллизации) влияние степени деформации на стВ незначительное. Материал прутков в поперечном направлении при 20 °С имеет нулевую пластичность и поэтому характеризуется нестабильными прочностными свойствами. Температура перехода из хрупкого состояния в пластичное (Тх ) [2] поперечных образцов - выше 20 °С и составляет 150-200 °С для молибдена М-МП и 200 °С для сплава МВ-2-МП по условному
400 600
Температура испытания, °С
4ЕЕ 6ЕЕ
Температура испытания, °С
Рис. 2. Температурные зависимости относительного удлинения б поперечных образцов экструдированных прутков из молибдена М-МП (а) и из сплава МВ-2-МП (б) в области перехода из хрупкого состояния в пластичное (штриховой линией показано значение б = 2%, при котором определяется нижняя граница Тх): 1 - е = 68%; 2 - е = 75%; 3 - е = 81%; 4 - е = 88%
3Е
б
а
20
2Е
10
1Е
0
200
800
1000
Е
2ЕЕ
800
1ЕЕЕ
критерию 5 > 2%, при значениях которого стабильно реализуется условный предел текучести ст0,2 (рис. 2). Увеличение степени деформации способствует снижению Тх материала прутков.
Известно применение двукратной экструзии для повышения механических свойств молибденовых сплавов: например, 5 при 20 °С прутков из литого ва-куумплавленого сплава ЦМ-5 после двукратной экструзии повышается в два раза (от 11,5 до 19,8%) [1]. Исследования, проведенные в данной работе на сплаве МЦ-МП, подтвердили положительный эффект влияния на механические свойства как двукратной экструзии, так и увеличения степени деформации при однократной экструзии. Первый и второй этапы экструзии осуществляли при 1200 °С и коэффициентах вытяжки X = 2,7 (диам. 140 ® диам. 85 мм, е = 63%) и X = 3,2 (диам. 80 ® диам. 45 мм, е = 68%). Суммарный коэффициент вытяжки составил X = 9,7. После двукратной экструзии сплав имел 5 = 18% и ^ = 42% (^ - относительное сужение), в то время как для прутка диам. 45 мм после однократной экструзии характерны нулевые значения этих свойств. Прочность металла после двукратной экструзии в интервале температур 20-1200 °С примерно на 200 МПа выше, чем после однократной вытяжки. Преимущество по прочности металла после двукратной экструзии сохраняется вплоть до температуры испытания 1800 °С (стВ = 61,7 и 48,5 МПа). Металл после двукратной экструзии имеет более тонкую волокнистую структуру и более высокую температуру начала рекристаллизации, а после отжига при 1800 °С - более мелкозернистую микроструктуру (средний диаметр зерна почти в два раза меньше), чем у металла, подвергнутого однократной экструзии. Однако увеличение степени деформации при однократной экструзии в сочетании с оптимальной термической обработкой - более простой и эффективный способ повышения механических свойств деформированного металла при 20 °С в сравнении с двукратной экструзией. Прутки после однократной экструзии с е = 84% имеют стабильные характеристики прочности и пластичности при 20 °С как после отжига для снятия напряжений при 1100 °С (стВ = 785 ± 80 МПа, 5 = 24 ± 5%), так и после высокотемпературного рекристаллизационнного отжига при 1800 °С (стВ = 620 МПа, 5 = 31,3%). Использование двукратной экструзии для улучшения механиче-
ских свойств поперечных образцов сплава МВ-2-МП при 20 °С не показало
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.