Спекание во влажном водороде

До 1939 г. развес спеченных молибденовых заготовок не превышал нескольких килограммов. Размер и форма штабиков ограничивались давлениями прессования и величиной тока.

В период с 1939 по 1945 г. возникла необходимость использования молибдена в качестве конструкционного материала, но развитие этого направления работ было ограничено формой и недостаточными размерами молибденовых заготовок.

В результате экспериментальной работы, выполненной фирмои «Вестингауз», метод порошковой металлургии был улучшен настолько, что оказалось возможным получать спеченные и обработанные заготовки весом до нескольких сотен килограммов. Основное отличие процесса фирмы «Вестингауз» от обычного метода порошковой металлургии заключается в спекании спрессованного металла при пониженных температурах . Это позволило спрессованные изделия в их окончательной форме спекать в печах сопротивления, оборудованных толкателями с молибденовыми нагревательными элементами. Возможность понижения температуры спекания достигается за счет того, что процесс спекания проводится в атмосфере водорода, содержащего некоторое строго определенное количество водяных паров. При производстве крупных заготовок можно применять гидростатическое прессование.

Обычно сварку штабиков проводят при температуре, составляющей приблизительно 90% температуры плавления (т. е. около 2340°), пропуская через штабик электрический ток большой силы. В новом процессе спекание проводят при температурах порядка 1500—1700°. Существенным в процессе является использование водорода, насыщенного водяным паром при температуре 20—40°.

Присутствие водяного пара вызывает перекристаллизацию и ускоряет спекание молибденовых частиц даже при очень низких температурах, порядка 600—700°, в плотную, пригодную для дальнейшей обработки заготовку. Однако, чтобы достигнуть полного спекания в короткое время, требуется применение более высоких температур. В этом же направлении действует и повышение давления прессования молибденового порошка '), так как это приводит к более тесному соприкосновению частиц порошка и, таким образом, облегчает получение удовлетворительно спеченного металла.

спрессованные заготовки специальных противней

приваривание заготовки к его поверхности

Интересной особенностью нового процесса является использование для загрузки спрессованных заготовок специальных противней. Если крупную заготовку длиной 500— 750 мм спекать на обычном молибденовом противне, то произойдет приваривание заготовки к его поверхности. Так как это происходит до полного завершения усадки (15—17%), в металле появляются поперечные трещины. Для устранения этой опасности заготовку укладывают на тонкий молибденовый лист, гофрированный поперек направления усадки. Такой лист хорошо выполняет роль опоры и, кроме того, обеспечивает свободную циркуляцию печной атмосферы вокруг заготовки. Молибденовый лист должен быть достаточно тонким для того, чтобы даже под равномерно распределенной нагрузкой он мог частично вы-прямляться. Выступающие части гофрированного молибденового листа покрывают тонкоизмельченным огнеупорным порошком окислов, например AI2O3, ТЮг или Zr02; порошок можно наносить напылением всухую или в виде пасты.

Но только в определенных пределах. Чрезмерное повышение давления приводит к расслаиванию.

Нагрев заготовки во влажной атмосфере печи приводит к частичному окислению металла водяным паром. Процессы окисления — восстановления в конечном счете обеспечивают коалесценцию частиц металла в заготовке, что приводит к плотности и структуре, сравнимым с аналогичными свойствами литого металла. При этом температура спекания, как правило, составляет 50—70% от температуры плавления. В данном примере реакция окисления имеет вид Мо + 2Н20 Мо02 + 2Н2.

Предполагается, что в момент протекания этой химической реакции существует атомная фаза, или пар металла, и что атомы металла под действием кристаллизационных сил перемещаются по направлению к зародышам кристаллической фазы и соединяются с ними. Эти силы достаточно велики, чтобы вызвать существенную усадку при температурах, значительно более низких, чем температура плавления, и привести к образованию продукта такой же плотности, как литой металл.

прессованные молибденовые заготовки

выдерживают в слегка окислительной атмосфере

По описанной технологии прессованные молибденовые заготовки выдерживают в слегка окислительной атмосфере при температуре 1500—1700° в течение 2—3 час. Как уже упоминалось, разработанная технология применима не только к штабикам или круглым пруткам, но и к изделиям разнообразной формы и различных размеров.

Применение внешнего источника тепла вместо электрического обогрева джоулевым теплом обусловливает более однородный нагрев изделия. Это приводит к большей гомогенности металла в изделии и способствует образованию более мелкого зерна по сравнению с тем, которое образуется в металле, полученном с помощью обычной сварки при высоких температурах. По новой технологии получают молибден с плотностью 10 г!см3, тогда как с помощью обычной технологии порошковой металлургии удается добиться плотности лишь 9,6—9,7 г/см3. Молибден, полученный по новой технологии, имеет также необычно мелкое зерно— 28 000 зерен на 1 мм2. Разработанный метод позволяет изготавливать спеченные изделия сложной формы. В этом случае заготовки предварительно термически обрабатываются при температурах, обеспечивающих их некоторое упрочнение, без спекания и затем подвергаются механической обработке; полученные таким путем фасонные детали проходят окончательное спекание, как указано выше.