Элементы с большим атомным радиусам

Элементы с большим атомным радиусам повышают температуру рекристаллизации молибдена в том случае, если они находятся в твердом растворе. Так, присадка 3%1 циркония или ниобия приводит к повышению температуры рекристаллизации молибдена примерно на 200°, а тантала или титана—на 40—70°; практически не влияют на температуру рекристаллизации хром, торий и ванадий; снижают эту темпе-ратуру на 50—60° присадки 3%! марганца или бериллия.

К сожалению, эти интересные выводы из работы Пипитца и .Киф- фера несколько обесцениваются применением при исследовании недостаточно чистых исходных материалов.

В предварительной части своего исследования Олдс и Ренгсторфф изучили влияние малых присадок бериллия, бора, алюминия, церия, кремния, титана, циркония, тория, ванадия, ниобия, тантала и хрома на пластические свойства литого молибдена. При испытании на изгиб более перспективными оказались бор, алюминий, церий, титан, цирконий и ванадий при содержании менее 0,5% и торий в количестве до 10%. Сплавы молибдена с этими элементами исследованы более подробно; в шихту вводили до 4%: титана, до 10%! тория, до 20% алюминия, до 5% ванадия и циркония, до 0,5%; церия и бора.

Для выполнения основной части исследования пользовались молибденом высокой степени чистоты; как известно, хорошую пластичность в холодном состоянии молибден имеет IB том (случае, когда он содержит не более 0,0001—0,0002% кислорода и 0,001—0,002% азота. Легирую-щие элементы, за исключением тория, вводились в молибден в виде лигатур, содержащих небольшое количество этих элементов.

Все изученные сплавы оказались однофазными, за исключением сплавов молибдена с торием; ;в последних обнаружена вторая фаза, количество которой увеличивается по мере повышения содержания тория.

оценки пластичности сплавов

определяли температуру перехода из вязкого в хрупкое состояние при изгибе

Для оценки пластичности сплавов авторы определяли температуру перехода из вязкого в хрупкое состояние при изгибе (критическая температура хрупкости). На основании полученных данных оказалось возможным исследованные элементы разделить на три группы:

1) элементы, вызывающие минимум на кривой критическая температура хрупкости —(содержание легирующего элемента. К этим элементам относятся титан, церий, ванадий и бор;

2) элементы, вызывающие монотонное повышение хрупкости (цирконий и алюминий);

3) элементы, вызывающие монотонное снижение хрупкости (торий).

Из элементов первой группы эффективнее всего снижает хрупкость

литого молибдена титан в количестве 0,5—4!%; в отличие от других элементов этой же группы титан оказывает положительное влияние на пластичность молибдена в сравнительно широком интервале составов. Это очень ценно, так как значительно облегчает выплавку соответствующих сплавов в дуговых печах. Механизм влияния элементов первой группы на пластические свойства молибдена, по-видимому, можно связать с их нейтрализующим действием в отношении примесей. Все эти элементы образуют (прочные окислы и нитриды, которые, вероятно, оказывают менее вредное влияние на пластичность молибдена, чем его собственные окислы. Минимальная температура перехода из вязкого в хрупкое состояние наблюдается при содержании легирующих элементов менее 1 %', что связано с очень небольшой концентрацией кислорода и азота в молибдене. Повышение хрупкости с ростом содержания легирующего элемента сверх оптимального вызывается обычным эффектом упрочнения при образовании твердых растворов.

В сплавах молибдена с элементами второй группы не было обнаружено оптимального (содержания, соответствующего минимальной критической температуре хрупкости.

критическая температура хрупкости

содержание легирующего элемента находится вне исследованного интервала составов

Однако можно предположить, что минимум на кривой критическая температура хрупкости — содержание легирующего элемента находится вне исследованного интервала составов, а именно при более низких содержаниях присадок. В этом случае для объяснения механизма влияния легирующих элементов можно, по- видимому, также принять предположение об их нейтрализующем 'действии на примеси.

Единственный элемент третьей группы — торий — непрерывно повышает пластичность литого молибдена. Это, по-видимому, связано не с раскисляющим и нейтрализующим действием тория, а с образованием выделений чистого, мягкого тория по границам зерен. Когда по границам зерен образуется достаточно толстая и непрерывная оболочка тория, молибден начинает проявлять пластичность. Сплавы молибдена с торием, обладающие высокой пластичностью при комнатной температуре, (быстро разрушаются при 815—980° без удлинения (при небольших нагрузках.

Таким образом, Олдс и Ренгсторфф показал, что лучшим легирующим элементом является титан в количестве 0,5—1 %, а также алюминий (0,026%), церий (0,1%), ванадий (0,5%) и цирконий (<0,5%). Перечисленные элементы расположены в порядке снижения их эффективности. Торий ;в количестве до 10% существенно улучшает пластичность литого молибдена при (близких к комнатной температурах; однако его .нельзя считать полезным легирующим элементам, так как, ухудшая пла1стичность при температурах выше 815°, он затрудняет горячую механическую обработку.

Нельзя не отметить интересные данные о применении молибдена в качестве жаропрочного материала, сообщенные в обзоре Фримена и Бриггса ). Они приводят результаты ряда исследований, выполненных в США по линии Научно-исследовательского управления Военно-морского флота, в институте им. Баттела, в Маасачусетском технологическом институте и исследовательских центрах некоторых авиационных и других фирм. Хотя большая часть рассмотренных в статье работ была выполнена в 1955—1956 гг., она является ценным дополнением к монографии Норткотта, так как в ней приводятся данные, касающиеся ряда практических вопросов.

процесс изготовления лопаток газовой турбины

из сплава молибдена с 0,5% титана путем прокатки или высадки с последующей ковкой

Авторы (статьи рассматривают с производственной точки зрения вопросы защиты молибдена от окисления, способы обработки и соединения деталей, а также применение молибдена в реактивной технике. Материал статьи хорошо иллюстрирован конкретными примерами. Показан, например, процесс изготовления лопаток газовой турбины из сплава молибдена с 0,5% титана путем прокатки или высадки с последующей ковкой, изготовление диска газовой турбины с 63 лопатками, получаемого обработкой ^ резанием из целой поковки; сопла диаметром 150 мм направляющей пламени диаметром 500 мм сварной трубы диаметром 150 мм и длинои 1220 мм и пр.

Авторы считают, что такие свойства молибдена, как высокие значения сопротивления ползучести и длительной прочности, особенно при температуре выше 870°, высокий предел прочности при растяжении в области температур 800—900°, высокий модуль упругости, хорошее сопротивление эрозии и другие свойства обеспечивают широкое использование молибдена в реактивной технике в настоящем и будущем. Первоначально из молибдена изготавливали детали, не требующие сварки и защитных покрытий, например передние кромки направляющих аппаратов и сопловых вставок. Сейчас имеются все возможности для изготовления из молибдена и его сплавов таких деталей (некоторые из которых уже широко применяются), как: лопатки и направляющие аппараты (газовых турбин реактивных самолетов, выхлопные сопла, стабилизаторы пламени и камеры сгорания прямоточных реактивных двигателей, (передние кромки ракет и др.

В связи с возможным использованием молибдена в качестве конструкционного материала в атомной технике особое значение приобретает знание свойств молибдена, подвергнутого облучению.

предел прочности и предел текучести молибдена

Влияние облучения усиливается с повышением температуры испытания

Этот вопрос изучали Мейкин и Джиллис в качестве образцов они использовали проволоку диаметром 1 мм и прутки диаметром 3 мм из молибдена технической чистоты (по-видимому, полученного методом порошковой металлургии). Образцы подвергали бомбардировке в реакторе в течение 6 мес. при температуре 100° (потоком медленных нейтронов плотностью 6 • 1012 см-2 • сект1 (плотность потока быстрых нейтронов предполагается равной плотности потока тепловых нейтронов), что обеспечивало общее облучение интенсивностью 5 • 1019 см~2 тепловых нейтронов. После облучения образцы испытывали на растяжение со скоростью деформации 8,2 • 10"5 сек*1. Для определения критической температуры хрупкости образцы диаметром 1 мм испытывали на изгиб при различных температурах и малой скорости деформации. Образец считали пластичным, если он загибался без разрушения вокруг оправки диаметрам 3 мм на угол не менее чем 90°.

В результате облучения предел прочности и предел текучести молибдена повышаются, а удлинение несколько ухудшается, т. е. облученный (молибден становится хрупким. Влияние облучения усиливается с повышением температуры испытания. Так, изменение предела прочности при 20° составляет около 3 кг/мм2, а при 200° — около 8 кг/мм2; соответственно для предела текучести имеем 4 и 10,5 кг/мм2. Авторы объясняют это тем, что влияние облучения не может сказаться полностью на молибдене, уже имеющем повышенную прочность за счет примесей; с ростом же температуры упрочнение за счет примесей бысгро уменьшается и соответственно повышается «доля» упрочнения, связанного с облучением.