Вольфрамовые сплавы

ВОЛЬФРАМОВЫЕ СПЛАВЫ, сплавы на основе вольфрама. В качестве легирующих добавок применяются металлы (например, Mo, Re, Cu, Ni, Ag), оксиды (ThO₂, Y₂О₃, La₂О₃), карбиды (TaC, ZrC, HfC) и др. Вольфрамовые сплавы характеризуются высокими тугоплавкостью и жаропрочностью. В зависимости от состава сплава и способа производства вольфрамовые сплавы имеют предел прочности 1000-6000 МПа при 20 °С, длительную (до 100 ч) прочность 80-140 МПа при 1200 °С, высокое сопротивление ползучести при 1100-2500 °С, низкие диффузионную подвижность и коэффициент термического расширения (4,32·10^-6 К^-1 при 273-373 К), высокие теплопроводность (177-200 Вт/м·К), электропроводность (4,84 мкОм·см при 273 К) и сопротивление коррозии в кислотах, расплавах легкоплавких металлов, стёкол, оксидной керамики и др.

В процессе производства вольфрамовых сплавов необходимы: очистка шихты - для уменьшения низкотемпературной хрупкости, вызванной низкой прочностью границ зёрен из-за загрязнения их различными примесями; термическая обработка - для перераспределения и снижения удельной концентрации примесей на границе зёрен; деформация - для измельчения зёрен. Вводимые легирующие добавки оказывают различное действие. Например, Mo (при содержании около 2%) существенно измельчает зерно вольфрама; Fe, Ni, Pd, Ru, Re (до 0,3%) эффективно воздействуют на вытеснение дефектов и примесей с границ зёрен; редкие и редкоземельные металлы (например, до 1% Ti, Y) связывают присутствующий в сплаве кислород в тугоплавкие оксиды; Re повышает пластичность (так называемый рениевый эффект); тугоплавкие оксиды (ThO₂, Y₂О₃, La₂О₃ и др.) улучшают эмиссионные свойства; введение микроприсадок (Al₂О₃ + К₂О + SiO₂) обеспечивает формирование вытянутых зёрен при высокотемпературной рекристаллизации, что применяется в производстве сильно тянутой проволоки (так называемый непровисающий вольфрамовый сплав для нитей накаливания осветительных ламп). В сплавах на основе W-Re-Mo введение до 0,4% карбидов и до 2% оксидов повышает вязкость разрушения (трещиностойкость), а карбиды Zr и Hf, образующие дисперсные частицы (10-100 нм), увеличивают жаропрочность сплава (например, предел прочности литого вольфрамового сплава 350-450 МПа, 220-350 МПа и 150-200 МПа при 1800, 2000 и 2300 °С соответственно).

Вольфрамовые сплавы получают методами порошковой металлургии или сплавлением компонентов в дуговых и электронно-лучевых печах; во избежание окисления все операции проводят в восстановительной (водород) или инертной (аргон) атмосфере. Сплавы производят в виде штабиков, порошковых изделий сложной формы, слитков, фасонных отливок, монокристаллов. Кроме того, изделия сложной формы, в том числе перфорированные, получают газофазным осаждением при диссоциации хлоридов или фторидов вольфрама. Деформацию порошковых и литых сплавов осуществляют при постепенном понижении температуры (от 2000 до 400 °С) экструзией, ковкой, штамповкой, прокаткой, волочением и др.; применяется также навивка спиралей из проволоки, вырубка листа, пайка, диффузионная и электронно-лучевая сварка.

Из вольфрамовых сплавов изготовляют нити в лампах накаливания, катоды в источниках света, прецизионные контакты, высокотемпературные термопары, выводы электровакуумных приборов, нагреватели электропечей, сварочные электроды, плазмотроны, аноды и катоды рентгеновских трубок, тигли, используемые для вакуумной металлизации и расплавов керамик, легкоплавких металлов, выращивания монокристаллов гранатов, сапфира и др. К вольфрамовым также относятся тяжёлые сплавы (на основе W-Ni-Fe и W-Ni-Cu), применяемые для изготовления боеприпасов, контейнеров для хранения радиоактивных изотопов, роторов гироскопов, в элитном спортинвентаре и др.; твёрдые сплавы (на основе карбида вольфрама - WC) - для изготовления режущих инструментов; «потеющие» сплавы (на основе W-Cu), применяемые в соплах ракетных двигателей.

Лит.: Lassner Е., Schubert W. D. Tungsten: properties, chemistry, technology of the element, alloys, and chemical compounds. N. Y., 1999; Машиностроение: Энциклопедия. М., 2001. Т. 11-3: Цветные металлы и сплавы / Ред.- сост. И. Н. Фридляндер, отв. редактор Е. Т. Долбенко.