Закономірності формування структури і фізико-механічних властивостей вольфрамових важких сплавів з високим вмістом нікель-залізної зв’язки

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність роботи. Важкі сплави відомі з 30-х років минулого століття. З тих часів проведено багато досліджень, якими встановлено їх ефективні склади, структура, фізико-механічні та технологічні властивості, а також області використання. Значний вклад в ці дослідження внесли R.M. German, Lee S. Magness, І.М. Францевич, Р.В. Мінакова, Ю.А. Ейдук, С.С. Кіпарисов, Л.Й. Клячко та інші. Завдяки своїм унікальним властивостям (високі густина, в'язкість, міцність, електропровідність, оброблюваність і корозійна стійкість), важкі сплави використовуються у багатьох галузях як елементи радіаційного захисту, противаги, поглиначі кінетичної енергії, демпферні прилади, високоструменеві електричні контакти, гіроскопи і т.п.

Основною складовою важких сплавів є вольфрам. Від характеристик даного компонента та його вмісту в композиті залежать фізико-механічні та експлуатаційні властивості матеріалу.

Закономірності отримання порошків вольфраму, встановлені Меєрсоном Г.А., Зелікманом А.Н., Скороходом В.В., Уваровою І.О., свідчать про те, що у процесі відновлення вольфраму воднем з вихідних вольфрамвмісних речовин реалізуються декілька стадій, що впливають на морфологію та дисперсність частинок кінцевого продукту.

Особливо на властивості вольфрамових важких сплавів (ВВС) впливають розмір і морфологічні властивості частинок вихідного порошку вольфраму. Дотепер вивчення механізмів зародкоутворення і росту частинок вольфраму розміром більше 15 мкм, які необхідні для виготовлення високоякісних виробів з важких сплавів ще не завершено. Тому вивчення закономірностей зародкоутворення і росту частинок порошку вольфраму при його отриманні з вольфрамвмісної сировини, встановлення впливу на них різних технологічних факторів, визначення способів забезпечення заданих характеристик цих частинок в процесі виготовлення порошку W є актуальним завданням виробництва ВВС підвищеної якості.

Вироби з важких сплавів виготовляють кілька фірм в Австрії, Ізраїлі, Іспанії, Китаї, Німеччині, Росії, США, Франції. Особливо велика кількість виробів виготовляється з ВВС з високим, близько 10 % (по масі), вмістом нікель-залізної зв'язки. Габарити виробів постійно збільшуються, що приводить до значних змін в розподілі компонентів ВВС по об'єму виробу і значному спотворенню його форми. Чіткі науково-обгрунтовані вимоги до технології виготовлення високоякісних із допустимим відхиленням від заданої форми заготовок відсутні. У відкритій загальнодоступній пресі існує тільки одна відома нам публікація A. Bernabe Rodriguex та J.Gil. Sevillano в якій наведено, як відзначають самі автори, результати попередніх досліджень зміни форми зразків невеликого розміру (Ш 12 мм, висота 18 мм). Відсутність наукового обгрунтування закономірностей формування структури, властивостей і формозміни при спіканні великогабаритних заготовок з ВВС з високим вмістом зв'язки не дозволяє налагодити виробництво крупногабаритних виробів з них. Тому дослідження формування структури та фізико-механічних властивостей і формозміни заготовок при спіканні ВВС з високим вмістом зв'язки є актуальним як з наукової, так і з практичної точок зору.

Мета роботи полягала у встановленні закономірностей формування структури, фізико-механічних властивостей і формозміни крупногабаритних заготовок з вольфрамових важких сплавів з високим вмістом зв'язки.

Для досягнення поставленої мети були визначені наступні завдання:

1. Встановити вплив складу вихідних вольфрамвмісних сполук на процеси відновлення вольфраму в лабораторному реакторі, що працює як в проточному, так і в закритому режимах в інтервалі температур 800 - 1100 С та різних витримках.

2. Визначити та науково обґрунтувати особливості кінетики відновлення вольфраму в закритому реакторі.

3. Встановити оптимальні умови отримання порошку вольфраму з заданими розміром та морфологією частинок.

4. Дослідити вплив умов спікання вольфрамових важких сплавів з високим вмістом зв'язки на їх структуру та фізико-механічні властивості.

5. Встановити закономірності формозміни заготовок при спіканні важких сплавів з високим вмістом зв'язки.

6. Провести дослідно-промислову перевірку щодо забезпечення високого рівня фізико-механічних властивостей та мінімальної формозміни заготовок з важких вольфрамових сплавів з високим вмістом зв'язки.

1. Аналіз літературних джерел щодо теми дисертації, розглянуто методи отримання порошку вольфраму (відновлення воднем, вуглецем) з різних вольфрамвмісних сполук, визначено вплив різних факторів (фізико-хімічних, технологічних) на процес відновлення та властивості порошкоподібного вольфраму, і як наслідок, на фізико-механічні характеристики важких сплавів, основною складовою яких є вольфрам.

Показано області застосування порошків вольфраму та важких сплавів типу ВНЗ у сучасній промисловості, визначено основні проблеми, що існують у виробництві важких сплавів типу ВНЗ, та сформульовано основні завдання наукових досліджень і практичних розробок.

Одним із найважливіших етапів в процесі виготовлення сплавів типу ВНЗ є операція одержання порошкоподібного вольфраму відновленням його кисеньвмісних сполук. Різні автори використовували порошок вольфраму з розміром частинок від 3 до 20 мкм, отриманого відновленням з оксиду вольфраму при температурах від 700 до 1200 єС, але питання оптимальної зернистості порошку вольфраму, форми самих частинок вольфраму, за якої забезпечуються високі фізико-механічні властивості кінцевого продукту, а також технології виготовлення порошків вольфраму заданої зернистості в широкому її інтервалі, залишилося не визначеним.

На якість важких сплавів критично впливає технологія спікання сформованих заготовок. Найпоширенішим методом спікання є спікання в присутності рідкої фази із застосуванням в якості захисного середовища водню. Найбільш низька температура плавлення зв'язки - 1435 єC. Для більшості вольфрамових важких сплавів температура спікання становить >1480 єС, тривалість спікання - 30 хв, швидкість охолодження - повільна. R.M. German вважає, що найкращі властивості вольфрамових важких сплавів отримуються при швидкості нагрівання 10 єС/хв, Тспік 1500 єС , витримці 0,5 год і використанні вологого водню.

В той же час С.С. Кіпарисов з співавторами, погоджуючись, що оптимальною температурою спікання є 1500 єС, вважають, що швидкість охолодження з температури спікання повинна складати 2500 єС/хв. За даними Р.В. Мінакової та І.Н. Францевича оптимальна температура спікання становить 1400 єС, витримка 2,0 ? 4,0 год; швидкість охолодження з піччю 5 єС/хв, потім проштовхування в холодильник печі. Всі ці дані вказують на те, що і умови спікання вольфрамових важких сплавів не є визначеними. Необхідно також звернути увагу на те, що при спіканні вольфрамових важких сплавів з високим вмістом зв'язки неприємним фактором, на який необхідно звернути увагу, є спотворення форми заготовки навіть при її невеликих розмірах на що вказують італійські дослідники A. Bernabe Rodriguex та J.Gil. Sevillano.

В результаті аналізу літературних джерел були обґрунтовані основні напрямки дослідження для досягнення поставленої мети - встановлення закономірностей формування структури, фізико-механічних властивостей і формозміни крупногабаритних заготовок з вольфрамових важких сплавів з високим вмістом нікель-залізної зв'язки.

2. Характеристика об'єктів дослідження, методики відновлення порошкоподібного вольфраму в проточному та закритому реакторах, проведення кінетичного аналізу хімічних реакцій відновлення, дослідження механізмів зародкоутворення і росту частинок вольфраму, визначення морфологічних та технологічних характеристик частинок порошку вольфраму, дослідження впливу умов спікання на структуру, фізико-механічні властивості важких сплавів типу ВНЗ та формозміну заготовок з них, пояснення вибору комплексу методів дослідження, а також опис приладів та обладнання для його реалізації

Дослідження в області отримання порошку вольфраму проводили методом відновлення його воднем з вихідних вольфрамвмісних сполук (H2WO4, WO3, WO2) в спеціально створеному лабораторному реакторі, що може працювати як в закритому по водню, так і проточному режимах. Дослідження кінетики процесу відновлення проводили тільки для закритого реактора, бо дослідження процесу відновлення у проточному реакторі виконано досить повно. За результатами дослідження встановлювали втрату маси, ступінь завершення реакції при температурах 800 - 1100 єС, і необхідних витримках, впливу складу вихідної сполуки та об'єму робочої зони реактора, порядок хімічної реакції, величину ефективної енергії активації, константи швидкості реакції, а також встановлювали вклад зовнішньої та внутрішньої дифузії. На основі отриманих результатів визначали особливості механізму відновлення та росту частинок W в закритому реакторі. Отримані результати використано для обґрунтування вибору оптимального режиму виготовлення порошку вольфраму з заданою зернистістю та морфологією частинок, який було покладено в основу відпрацювання технологічного процесу виготовлення порошків W.

Модельні зразки із сплаву типу ВНЗ виготовляли змішуванням вихідних компонентів в кульовому млині, замішуванням отриманої суміші з пластифікатором та пресуванням брикетів на гідравлічному пресі. Спікання зразків сплаву проводили у водневій електропечі при температурах, що перевищують температуру появи рідкої фази в сплаві від її появи до 40 єС. На отриманих зразках сплавів визначали коефіцієнт формозміни, розподіл густини по довжині і діаметру заготовки, наявність випливів рідкої фази, розшарувань. Мікроструктурні характеристики визначали методами оптичної (МИМ 8) та електронної мікроскопії (CamScan 4 DV), а також стереометричної металографії. Дослідження вмісту водню у сплавах проводили з використанням аналізатора фірми Leco RHEN602. Визначення фізико-механічних характеристик проводили на розривній машині Р-5 (ГОСТ 7855-74), шляхом випробування зразків сплаву на розтягування (ГОСТ 1497-61). Після спікання зразки відпалювали по режимах, наведених в літературі. Запропонований комплекс методів дослідження структури та властивостей важких сплавів типу ВНЗ дозволив забезпечити достовірність результатів експериментів.

3. Результати досліджень зародкоутворення і росту частинок порошку вольфраму з підвищеним ступенем монокристалічності та мінімальним вмістом дефектів, а також кінетики процесу відновлення вольфраму з різних вольфрамвмісних сполук в класичному проточному реакторі та в реакторі закритого типу по водню

Показано, що в закритому реакторі реалізується максимальна інтенсифікація дифузійних процесів переносу вольфрамвмісної речовини WO2(OH)2 через газову фазу та забезпечується на порядок більша швидкість росту частинок вольфраму досконалої форми з гладкими гранями. При цьому швидкість реакції відновлення значно сповільнюється.

Високий ступінь агломерації дрібних (? 1 мкм) частинок порошку вольфраму і форма агломератів, близька до частинок WO3. свідчать, що в проточному реакторі реалізується механізм гетерогенного відновлення по типу топохімічних реакцій і перенос через газову фазу практично не відбувається.

При цьому стадії відновлення WO3>WO2,90; WO2,90>WO2,72; WO2,72>WO2 не виявляються. Після подрібнення агломератів утворюються пористі полікристалічні частинки, які мають низьку міцність і високу здатність до скелетоутворення при спіканні в присутності рідкої фази.

В закритому реакторі чітко виявляються всі стадії відновлення від WO3 до WO2, а особливості зародкоутворення, росту і морфології частинок W (див. рис. 1, б) вказують на те, що у даному типі реактору превалює механізм зародкоутворення в газовій фазі та росту окремих частинок вольфраму за рахунок переносу через газову фазу.

Дослідженнями кінетики впливу вмісту кисню в вольфрамвмісній сполуці (H2WO4, WO3, WO2) на кінетику відновлення та морфологію частинок вольфраму встановлено, що при витримках менше 60 хв. незалежно від температури повнота проходження реакції відновлення збільшується в ряді WO2 > WO3 > H2WO4. Це вказує на те, що при витримках менше 60 хв., в обох типах реакторів, найбільш повільною стадією є відновлення WO2 до W. При цьому більша величина ступеня відновлення б при відновленні WO3 до W обумовлена великою швидкістю втрати кисню при відновленні з оксиду WO3 до оксиду WO2, а при відновленні H2WO4 до W накладанням на реакцію власне відновлення реакції дегідратації. При більших витримках лімітуюча стадія з підвищенням температури поступово переходить від гальмування процесу відновлення власне хімічною реакцією WO2+2H2>W+2H2O, до гальмування наявністю високої концентрації Н2О в газовій фазі, що утворилася на попередніх стадіях відновлення в закритому по водню реакторі.

Дослідженнями впливу температури на процес відновлення встановлено, що в закритому реакторі відновлення всіх трьох досліджених сполук відноситься до реакцій першого порядку .

Порівняння значень ефективної енергії активації Е для проточного реактора (85 - 140 кДж/моль) за літературними даними і для нашої лабораторної установки (105 кДж/моль), вказує на ідентичність роботи установки з установками інших авторів в проточному режимі. При роботі цієї ж установки в режимі закритого по водню реактора константа швидкості К і ефективна енергія активації процесу відновлення одночасно зменшуються, що свідчить про перевищення вкладу гомогенних процесів порівняно з гетерогенними.

Різна кількість зв'язаного кисню у вихідних сполуках призводить до наявності в робочій зоні реактора різної кількості пару Н2О, що впливає не тільки на розміри, але і на форму частинок порошків вольфраму (рис. 7). Так частинки порошку W, отриманого відновленням W з WO3, мають поліедричну форму з багатьма сходинками росту, що вказує на пошаровий (тангенціальний) механізм росту і незавершеність процесу формування кристалу вольфраму. Це також обумовлює найбільший розмір частинок W при даних Т і ф. Частинки порошку W, отриманого відновленням кислоти H2WO4, мають форму, наближену до кубічної з гладкими гранями. Шероховаті грані зникають, як такі, що найбільш швидко ростуть, бо перенесення W до них через газову фазу збільшується. В той же час наявність на частинках тільки граней, що повільно ростуть, призводить до зменшення швидкості росту частинок майже 3 рази. Частинки W, отримані відновленням оксиду WO2, мають найменші розміри і поліедричну форму з гладкими гранями, бо найменший приток атомів вольфраму гальмує формування на гладких гранях нових плоских двомірних зародків, а ті що виникли встигли дорости до зіткнення один з одним без формування граней. що швидко ростуть.

Дослідженнями відновлення оксиду WO3 до W в умовах збільшеного в 3,9 рази (з 220 до 855 см3) реакційного об'єму та зменшеною в 4,6 рази наважкою в об'ємі реакційної зони печі 220 см3 (табл. 3) встановлено значний вплив зовнішньодифузійного та внутрішньодифузіного гальмування в закритому реакторі і відсутність зовнішньодифузійного гальмування у проточному реакторі, що додатково розширює можливості впливу на процес відновлення і росту кристалів в закритому реакторі.

В закритому реакторі утворюється та довгий час зберігається велика кількість пару води, що забезпечує можливість протікання одночасно декількох реакцій:

WO3+H2O=WO2(OH)2; 10WO2,9+11H2O=10WO2(OH)2+H2; 25WO2,72+32H2O=25WO2(OH)2+7H2; WO2+2H2O=WO2(OH)2+H2; WO2(OH)2+3H2=W+4H2O.

Наявність нових стадій відновлення підтверджується також тим, що при витримках, впродовж яких в продуктах реакції присутні оксиди WO2 та WО2,72, в продуктах реакції та деяка кількість добре огранених частинок вольфраму, які мають розміри близько 25 мкм, структурно не пов'язані з частинками WO2 та WО2,72, та значно перевищують розміри вихідних мікрочастинок WO3.

Такі частинки могли вирости тільки за рахунок утворення зародка W та його росту з навколишньої газової фази, збагаченої WO2(OH)2. Це призводить до одночасного зменшуються значення константи швидкості К та ефективної енергії активації процесу Е в рівнянні Ареніуса , що може відбуватися тільки при значній зміні величини коефіцієнту А, і служить доказом зміни механізму відновлення вольфраму в закритому реакторі.

Завдяки регулюванню процесів зародкоутворення та росту частинок порошку вольфраму через газову фазу вдалося отримати новий клас порошків вольфраму з досконалою формою частинок. За результатами досліджень проведено дослідно-промислову перевірку виробництва порошків W на ДНВП "Алкон-твердовсплав". Всього виготовлено 800 кг порошків W.

4. Аналіз основних стадій процесу спікання крупногабаритних заготовок з важкого сплаву типу ВНЗ з використанням порошку вольфраму, одержаного одностадійним методом в закритому реакторі

Досліджено вплив умов спікання на їх структуру, фізико-механічні властивості та формозміну при використанні порошків вольфраму, отриманих розробленим в даній роботі методом відновлення в закритому реакторі.

Для проведення досліджень було виготовлено суміші сплаву типу ВНЗ, що містять 89 та 90 % (по масі) вольфраму. Вузький розбіг вмісту вольфрамової складової обрано для встановлення впливу вмісту нового типу порошків вольфраму на основні фізико-механічні та структурні характеристики найбільш поширеного сплаву типу ВНЗ90, який за літературними даними має близьку до максимальної міцність і високу (> 20 %) пластичність. Проведення цих досліджень дозволило більш чітко встановити вимоги до вмісту вольфраму, особливо коли його менше 90 %, і сплав наближається до критичного вмісту вольфраму для його формозміни. Із одержаних сумішей спресовано модельні заготовки Ш 50 та довжиною 100 мм. Дослідженнями поведінки заготовок з важких сплавів з високим вмістом зв'язки при безперервному проштовхуванні контейнерів через піч спікання встановлено, що в них відбувається значний перерозподіл по довжині рідкої фази, що підтверджується зміною густини від 17,5 до 13,5 г/см3. Таке явище може бути обумовлено одночасно кількома факторами: наявністю пористості пресовки, збільшеною висотою заготовки та градієнтом температури по її довжині. При стаціонарному спіканні перерозподіл рідкої фази по довжині не спостерігався. На основі одержаних даних зроблено висновок, що при безперервному проштовхуванні контейнерів основною причиною перерозподілу рідкої фази по довжині довгомірних заготовок є градієнт температури по довжині заготовки, який обумовлює перетікання рідкої фази з місця з більшою її концентрацією в місця з меншою концентрацією, що і призводить до нерівномірної густини по довжині заготовки. Тому подальші дослідження впливу умов рідкофазного спікання на формозміну, структуру та фізико-механічні властивості заготовок проводили при стаціонарному спіканні. Для цього заготовки з вмістом W 89 та 90 % (по масі) спікали в одному контейнері при температурах, що перевищують температуру появи рідкої фази на Т. Після спікання вимірювали лінійні розміри заготовок та визначали коефіцієнт формозміни Кф, розраховуючи відношення розміру заготовки по вертикалі до розміру по горизонталі. Показано, що суттєва формозміна заготовок спостерігається вже на початковому етапі появи рідкої фази Т=0 (рис. 9). Її величина практично не змінюється при подальшому підвищенні температури на 20 - 30 єС, а потім знову значно зростає. Наявність практично горизонтальної ділянки на кривих обумовлена вузьким інтервалом температури плавлення багатокомпонентної зв'язки та незначною швидкістю процесів розчинення W в рідкій фазі і росту зерен W за рахунок коалесценції і переносу через рідку фазу.

Встановлено, що заготовки з вмістом вольфраму 89 % (по масі) мають значно більшу формозміну, ніж заготовки з вмістом вольфраму 90 % (по масі). Високий коефіцієнт формозміни (до 1,54) зразків сплаву з вмістом вольфраму 89 % (по масі) обумовлений тим, що вихідний об'ємний вміст зв'язки в ньому знаходиться на верхній границі області вмісту зв'язки, при якому зразки при рідкофазному спіканні зберігають свою форму. При температурі спікання, яка забезпечує повну усадку і необхідну густину сплаву, у зв'язці додатково розчиняється значна кількість вольфраму, що призводить до збільшення об'єму рідкої фази і обумовлює значну в'язко-пластичну течію сплаву під дією гравітації.

При зменшенні вмісту зв'язки до 10 % (по масі) кількість рідкої фази при відповідній температурі спікання зменшується, що спричиняє зменшення коефіцієнту формозміни від 1,29 до 1,16 при спіканні заготовки. Крім того, збільшення об'ємної долі зерен вольфраму в сплаві забезпечує формування більш досконалого скелету з вольфрамових зерен, про що свідчить збільшення коефіцієнту суміжності зерен вольфраму на 5 %. Завдяки цьому збільшується допустимий по величині коефіцієнту формозміни інтервал температури спікання, що покращує технологічність процесу при масовому виробництві.

Для надання сплаву необхідних фізико-механічних властивостей сплави типу ВНЗ необхідно відпалювати у вакуумі при температурах 800 - 900 єС та витримках до 80 год. В процесі відпалу із сплаву видаляються залишки водню, який окрихчує матеріал і відбувається дисперсійне зміцнення за рахунок розпаду твердого розчину легуючих елементів в зв'язці. Нами встановлено, без проведення відпалу у вакуумі границя міцності при розтягу сплаву знаходиться в межах 300 - 400 МПа незалежно від швидкості охолодження заготовки від температури рідкофазного спікання, а подовження повністю відсутнє. Після відповідного відпалу обидва сплави, охолоджені із швидкістю 8 єС/хв. (рис. 10) мають границю міцності при розтягу 850 МПа, при відносному подовженні до 3 %. Лише при використанні швидкості охолодження 0,3 єС/хв границя міцності при розтягу зростає до 950 МПа, а пластичність більше ніж у 7 разів (е > 20 %) (див. рис. 10). Вміст водню в сплаві зменшується з 1,0 після спікання до 0,2 ppm після вакуумного відпалу. Отримані дані вказують на те, що для забезпечення високої пластичності великогабаритних заготовок з ВВС необхідно забезпечити максимальне видалення Н2 з них при Т ? Тплавлення зв'язки за рахунок зменшення швидкості охолодження. При цьому сплав з вмістом вольфраму 90 % (по масі) має стабільні показники фізико-механічних властивостей у інтервалі температур спікання Т=0 - 30 єС. Лише при Т=40 єС та Кф > 1,30 починається зниження фізико-механічних властивостей матеріалу.

В той же час сплав із вмістом вольфраму 89 % (по масі) характеризується високим Кф і досить вузьким інтервалом температури спікання, в якому забезпечуються Rm > 900 МПа і е > 20 %.

Отримані дані свідчать про те, що вміст зв'язки в сплаві в інтервалі 10 - 11 % (по масі) суттєво впливає на формозміну і властивості важкого вольфрамового сплаву, тому дозування вмісту зв'язки повинно бути майже прецизійним (10 ± 0,2%).

Мікроструктурними дослідженнями встановлено, що хоча середній розмір зерна вольфраму (dсер) при Т=0 - 30 єС в обох сплавах близький і відповідає значенням оптимального розміру (30 ± 5 мкм) за літературними даними, при Т=40 єС він починає суттєво збільшуватися для обох сплавів.

Найвірогідніше це обумовлено процесом коалесценції всередині агрегатів і ланцюжків зерен вольфраму. Про це свідчать закономірності зміни середньо квадратичного відхилення і коефіцієнту варіації dсер. Вони починають змінюватися вже при Т > 10 єС. Оскільки ці параметри з ростом температури спікання збільшуються плавно, можна зробити висновок, що процес коалесценції не призводить до стрибкоподібної зміни механізму формування неоднорідної структури. В той же час видно, що в сплаві з 11% зв'язки коефіцієнт варіації розмірів зерен значно більший і більш інтенсивно зростає з ростом Т, тобто неоднорідність структури у такого сплаву суттєво більша. Коефіцієнт суміжності зерен вольфраму у сплавах з ростом температури також плавно і закономірно зменшується, бо зі збільшенням розміру зерен вольфраму їх площа міжзеренного контакту зменшується. З рис. 9 та 11 видно, що активна формозміна зразків відбувається в той момент, коли значення коефіцієнту суміжності зерен вольфраму в сплаві з 10 % (по масі) зв'язки наближається до вихідного значення цього коефіцієнту в сплаві з 11 % (по масі).

Фрактографічні дослідження поверхонь руйнування зламів зразків після випробування на розтяг вказують на те, що тільки при оптимальній Т для обох сплавів забезпечується висока адгезія між зернами вольфраму і зв'язкою, а також формується вольфрамовий скелет (рис. 12). Оптимальне співвідношення вкладів вольфрамових та міжфазних границь і приводить до високої міцності і пластичності сплавів.

Наявність вказаних структурних відмінностей і обумовлює різницю сплавів з різним вмістом W по фізико-механічних властивостях, величині формозміни заготовок і інтервалу оптимальних температур спікання. Для забезпечення оптимального співвідношення міцності та пластичності сплавів необхідно прецизійно дозувати компоненти матеріалу, щоб вміст вольфраму був у межах 90 ± 0,2% (по масі), та проводити спікання сплаву при температурі, що перевищує температуру появи рідкої фази на 10 - 30 єС.

На основі проведених досліджень розроблено рекомендації по практичній реалізації на потужностях ДНВП "Алкон-твердосплав" НАНУ технології виробництва високоміцних і високопластичних заготовок з важких сплавів з високим вмістом зв'язки з розмірами в 1,5 - 2,0 рази більшими ніж вироблялися серійно в Україні.

Висновки

вольфрамвмісний реактор проточний формозміна

В результаті проведеного дослідження в рамках дисертаційної роботи вирішено важливе науково-технічне завдання по одержанню високоякісних крупногабаритних заготовок з важкого вольфрамового сплаву з високим вмістом нікель-залізної зв'язки шляхом дослідження формування структури з урахуванням одержаного порошку вольфраму з досконалою формою частинок та необхідним їх розміром, та фізико-механічних властивостей досліджуваних сплавів в процесі рідкофазного спікання, що дозволило розробити технологію виробництва високоміцних і високопластичних заготовок сплавів системи W-Ni-Fe з високим вмістом зв'язки.

В дисертації отримані такі найбільш важливі наукові результати:

1. Вперше показано, що використання закритого типу реактора дозволяє інтенсифікувати дифузійні процеси в газовій фазі, збільшити швидкість росту частинок вольфраму на порядок і забезпечити задану форму і ступінь монокристалічності частинок порошку вольфраму.

2. Використання одержаного крупнозернистого, з досконалою огранкою частинок порошку вольфраму, одержаного одностадійним способом воднем в закритому реакторі, дозволило зменшити швидкість росту і агломерації зерен W в важкому сплаві за рахунок більш повного наближення частинок порошку W до рівноважного стану по концентрації дефектів кристалічної гратки і форм росту, значне підвищення швидкості росту частинок перекриває зменшення швидкості відновлення, висока досконалість форми частинок одержуваного порошку дозволяє замінити двохстадійний спосіб відновлення одностадійним.

3. Встановлено, що основною причиною (основним фактором) погіршення фізико-механічних властивостей важкого сплаву з високим вмістом зв'язки і втрати форми крупногабаритними заготовками є перерозподіл рідкої фази по об'єму заготовки за рахунок градієнту температури, металостатичного тиску рідкої фази і сил гравітації, що діють на частинки вольфраму.

4. В роботі показано, що оптимальні властивості і мінімальну для даного складу сплаву формозміну важкі сплави з високим вмістом зв'язки набувають зразу ж після появи рідкої фази і зберігають їх до перевищення вмістом рідкої фази критичного значення 35 % (по об'єму).

5. Встановлено, що найбільш висока адгезійна взаємодія частинок вольфраму зі зв'язкою і між собою забезпечується після досягнення заготовками мінімальної критичної формозміни, що створює умови для швидкого насичення частинок вольфраму елементами зв'язки, а зв'язки вольфрамом.

6. Показано, що основною причиною окрихчення важкого сплаву є підвищений вміст водню в зв'язці, негативна дія якого перевищує підвищення пластичності зв'язки за рахунок розпаду твердого розчину (Ni,Fe,Co,W) при вакуумному відпалі.

7. Для забезпечення високої пластичності основна частка водню, розчиненого в об'ємі важкого сплаву, повинна видалятися при його охолодженні в інтервалі температур існування рідкої фази.

8. Проведено дослідно-промислову перевірку процесу виробництва порошків вольфраму з різною формою і розміром частинок W, обгрунтовано параметри та режими технології виготовлення крупногабаритних довгомірних заготовок із сплаву типу ВНЗ з високим вмістом зв'язки, необхідними фізико-механічними властивостями матеріалу та заданою формою виробу.

Література

1. Особенности восстановления вольфрама из его оксида WO3 в закрытом реакторе / В.П. Бондаренко, И.В. Андреев, И.В. Савчук, Л.М. Мартынова, А.Н. Ващенко // Сверхтвердые материалы. -- 2005. -- №2. -- С. 35--44.

2. Бондаренко В.П. Влияние состава исходных вольфрамсодержащих соединений на процесс восстановления вольфрама в реакторах разных типов / В.П. Бондаренко, И.В. Андреев, А.Н. Ващенко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. трудов. ? Вып. 8. ? Киев: ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины, 2005. С. 226-230.

3. Бондаренко В.П. Кинетический анализ реакций восстановления WO3 водородом в закрытом реакторе / В.П. Бондаренко, И.В. Андреев // Сверхтвердые материалы. -- 2006. -- №2. -- С. 43--51.

4. Бондаренко В.П. О зарождении и росте кристаллов W в закрытых реакторах при восстановлении его из оксида WO3 водородом / В.П. Бондаренко, И.В. Андреев // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. трудов. - Вып. 9. ? Киев: ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины, 2006. ? С. 338-344.

5. Бондаренко В.П. Кинетика процесса восстановления вольфрама из вольфрамовой кислоты H2WO4 в закрытом реакторе / В.П. Бондаренко, И.В. Андреев, А.Е. Бабенко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. трудов. - Вып. 10. - К.: ИСМ НАН Украины, 2007. - С. 487-493.

Размещено на Allbest.ru