Большая советсткая энциклопедия Вольфрамовые сплавы

Вольфрамовые сплавы

Вольфрамовые сплавы, сплавы на основе вольфрама. Для легирования В. с. применяют металлы (Mo, Re, Cu, Ni, Ag и др.), окислы (ThO₂), карбиды (TaC) и другие соединения, которые вводят в W для повышения его жаропрочности, пластичности (при температурах до 500°С), обрабатываемости, а также обеспечения необходимого комплекса физических свойств. В. с. получают методами порошковой металлургии или сплавлением компонентов в дуговых и электроннолучевых печах. В промышленности применяются главным образом металлокерамические В. с. По структуре различают 3 группы В. с.: сплавы — твёрдые растворы, псевдосплавы с соединениями (искусственные дисперсные системы, см. Тугоплавкие металлы) и псевдосплавы с металлами.

Основными В. с. с однофазной структурой твёрдого раствора являются сплавы W с Mo (до 50%) и Re (до 30%). При добавлении Mo повышается жаропрочность и электросопротивление сплава; кроме того, у сплавов W — Mo термический коэффициент расширения примерно такой же, как у различных сортов тугоплавкого стекла. Эти сплавы легче обрабатываются по сравнению с чистым W. В. с. с 20—50% Mo применяют в электровакуумных приборах для изготовления нагревателей, экранов и др. Рений в твёрдом растворе на основе W существенно повышает низкотемпературную пластичность и соответственно обрабатываемость. Максимальной пластичностью обладают В. с. с 20—28% Re. При дальнейшем увеличении содержания Re пластичность вновь начинает падать из-за выделения избыточной σ-фазы. Кроме повышенной пластичности, сплавы W — Re отличаются высокой жаропрочностью и большой термо-эдс в паре с W и между собой. Несмотря на дефицитность и дороговизну Re, эти сплавы в 50-х гг. начали использоваться в электровакуумных приборах (сплавы с 5—30% Re) и в качестве термопарных материалов, предназначенных для работы вплоть до 2500°С.

Искусственные дисперсные системы на основе W с 0,5—2% ThO₂ и 0,3—0,5% TaC отличаются рекордно высокими температурами рекристаллизации (до 2000°С) и показателями жаропрочности (при 2200°С — в 2—3 раза большими, чем у нелегированного W). Кроме того, ThO₂ улучшает эмиссионные характеристики сплава. Эти сплавы применяют в электровакуумных приборах, а также для изготовления некоторых деталей двигателей ракет и самолётов.

Псевдосплавы W с нерастворяющимися в нём Cu и Ag (вводимыми раздельно или вместе в количестве от 5 до 40%) имеют гетерогенную структуру, состоящую из зёрен W, окружённых прослойками Cu и Ag или их сплава. Эти материалы сочетают высокую твёрдость, жаропрочность, износостойкость, сопротивление электроэрозии, свойственные W, с хорошей электро- и теплопроводностью Cu и Ag. Из этих В. с. изготовляют электроконтакты. Вольфрам, пропитанный Ag и Cu, применяется и в других областях (например, как материал для сопел неохлаждаемых ракетных двигателей). Близкую к псевдосплавам W с Cu и Ag структуру имеют так называемые "тяжёлые сплавы" W с 3—10% Ni и 2—5% Cu. Их плотность после спекания спрессованных заготовок достигает 18 г/см³. "Тяжёлые сплавы" используют в качестве материалов защиты от g-излучения в радиотерапии и при изготовлении контейнеров для хранения радиоактивных препаратов. Большая плотность "тяжёлых сплавов" позволяет применять их и в других областях — для изготовления роторов гироскопов, противовесов для самолётов и т.д.

Плавленые В. с., предназначаемые для производства крупногабаритных полуфабрикатов и изделий, работающих при температурах свыше 1500°С, пока не выпускаются в промышленных масштабах из-за технологических трудностей.

Разрабатываемые и осваиваемые плавленые В. с. представляют собой твёрдые растворы, дополнительно упрочнённые небольшим количеством дисперсных частиц карбидов (реже окислов и боридов). В качестве металлических добавок применяют Mo, Ta, Re, Zr, Nb, Ti. Первые три вводятся в количестве нескольких % и даже десятков %, а последние — в десятых долях %. Предельное количество легирующих элементов подбирают, исходя из минимально необходимой низкотемпературной пластичности. Перспективными В. с., сочетающими высокую жаропрочность с удовлетворительной низкотемпературной пластичностью, являются сплавы (содержащие добавки в % ): W+(1+10) Re+(1+10) Ta, W+25Mo+0, l¸0,15Zr+0,05C, W+0,05¸2Nb+0,001¸0,02C. Двойной сплав W с 15% Mo предназначен для изготовления лопаток реактивных двигателей.

Лит.: Справочник по машиностроительным материалам, т. 2, М., 1959; Савицкий Е. М., Бурханов Г. С., Металловедение тугоплавких металлов и сплавов, М., 1967.

В. С. Золоторевский.