При нагріванні металу зростає рухливість атомів, збільшується амплітуда коливань, послаблюються міжатомні зв'язку, полегшується обмін місцями і перехід атомів в нові положення. Все це істотно впливає на зміну фізико-хімічних і механічних властивостей металів і сплавів.
Вольфрам і молібден промислової чистоти НЕ пластичні при кімнатній температурі. Перехід вольфраму з крихкого стану в пластичне коливається в інтервалі температур 150-450 ° С, причому руйнування носить головним чином межкристаллитного характер. Молібден в залежності від чистоти переходить з тендітного в пластичне стан в інтервалі температур 20-300 ° С.
На температуру переходу поряд з іншими факторами впливає розмір зерна в металі: чим дрібніше зерно, тим нижче температура цього переходу. Ніобій і тантал звичайної чистоти мають гарну пластичністю при температурах нижче кімнатної.
При нагріванні до високих температур помітно змінюються фізико-механічні властивості тугоплавких металів. Оскільки механічні властивості тугоплавких металів при високих температурах залежать від середовища випробувань, в даному розділі наводяться властивості, отримані випробуванням в нейтральному середовищі або у вакуумі.
Порівняння високотемпературної міцності нелегованих вольфраму, молібдену, ніобію і танталу показує, що вольфрам відрізняється найбільшою міцністю при всіх температурах, в той час як тантал займає середнє по міцності місце між ніобієм і молібденом.
Зразки були виготовлені з прокатанного і повністю рекрісталлізованного матеріалу. Залежно від змісту домішок абсолютні значення можуть дещо змінюватися, але характер кривих принципово залишається однаковим.
Криві показують інтенсивне збільшення межі плинності вольфраму при зниженні температури від 350 до 175 ° С, т. Е. В інтервалі переходу з пластичного стану в крихке. Приблизно в цьому ж інтервалі температур різко збільшується подовження, а міцність знижується більш рівномірно. Зниження твердості відбувається однаково як для наклепаного, так і для відпаленого металу. Твердість вольфраму і молібдену при нагріванні до 327 ° С різко падає, проте при подальшому підвищенні температури твердість змінюється з меншою інтенсивністю.
Цікавим є зміна механічних властивостей напівфабрикатів тугоплавких металів при високих температурах після деформації. Наприклад, міцність молібденового дроту діаметром 0,6 мм з підвищенням температури падає, але навіть при температурі 1400 ° С залишається високою і становить 500 Мн / м2 (50 кг / мм2). Міцність цього ж дроту при кімнатній температурі після деформації ~ 90-95% становить 1150 Мн / м2 (115 кг / мм2).
Зі зменшенням вмісту домішок межа міцності знижується майже в два рази при всіх температурах, залишаючись все ж таки значною за величиною 140 Мн / м2 (14 кг / мм2) навіть при 1500 ° С. Одночасно підвищується пластичність, досягаючи при 1500 ° С 50,8% . Залежність твердості ніобію від температури приведена на рис. 45. З підвищенням температури твердість ніобію різко знижується. При температурі тисячу сто сімдесят три ° С на кривій твердість - температура у литого ніобію спостерігається максимум, а у металокерамічного ніобію три максимуму - при 777, 927 і 1127 ° С.
Подальше підвищення температури викликає зниження твердості, і при 1850 ° С твердість металокерамічного і литого ніобію збігається і становить невелику величину: при 2027 ° С • 1 Мн / м2 (0,1 кг / мм2), а при 2127 ° С всього 8,2 Мн / м2 (0,82 кг / мм2).
Примітка. Тантал листової товщиною 1,27 мм отриманий з штабика з вмістом домішок,% (по масі): 0,02 С; 0,013 N2; 0,056 02; 0,1 Nb; 0,01 W; 0,015 Fe.
Вплив температури на зміну механічних властивостей танталу наведено. При температурі 400 ° С спостерігається «пік», викликаний процесом деформаційного старіння. - Твердість танталу при підвищенні температури також знижується.
Важливим показником є питома міцність тугоплавких металів при високих температурах. На рис. 46 показано зміна питомої міцності вольфраму, молібдену, ніобію і танталу в залежності від температури. До температури 1320 ° С ніобій і молібден мають значну перевагу по питомій міцності в порівнянні з вольфрамом і танталом, а вище цієї температури найбільшу питому міцність має вольфрам.
Однією з характеристик тугоплавких металів при високих температурах є повзучість або свій ство металу пластично деформуватися при високих температурах під дією постійної напруги. Для оцінки повзучості (жароміцності) металу зразки випробовують при температурі під дією постійної напруги і визначають зміна довжини в залежності від часу. На підставі дослідження будують криву плинності.
При цьому визначають: а) межа плинності - напруга, що викликає при даній температурі певну, допустиму для нормальної роботи конструкції швидкість або значення деформації. Наприклад, 0,1% за 100 ч, 0,2% за 1000 год і т. Д .;
б) межа тривалої прочності- напруга, що приводить при даній температурі до руйнування за даний період часу - 100, 200, 20 000 чіт.д.
Тривала міцність деяких тугоплавких металів при 1 095 ° С показана на рис. 48. Як видно, ЮО-ч міцність Рекре-сталлізованного молібдену дугового плавки становить 84 Мн / м2 (8,4 кг / мм2), а міцність вольфраму при цих умовах майже в два рази перевищує міцність молібдену і дорівнює 155 Мн / м2 (15 , 5 кг / мм2).
Пластичні, технологічні та інші властивості тугоплавких металів помітно змінюються під впливом термічної обробки. Основним видом термічної обробки є отжиг, який поділяють на три види: гомогенизацию, повернення, повний відпал рекристалізації.
Гомогенізація - це такий вид відпалу, який застосовується для дегазації і усунення хімічної і структурної неоднорідності злитків, деформованих заготовок і напівфабрикатів. Гомогенізований отжиг часто застосовують для злитків і пресованих виробів з вольфраму, молібдену і ніобію. Для цього злитки тривало нагрівають перед обробкою при температурах, близьких до початку оплавлення. Внаслідок високої рухливості атомів (дифузії) при такому нагріванні структура злитка стає більш однорідною.
Наприклад, злитки ніобію, виплавлені в дугових печах і містять значну кількість домішок, при неоднорідній структурі піддають відпалу при 1800-2000 ° С у вакуумі 13,3-1,33 мн / м2 (10 - * - 10 ~ 5 мм рт. Ст .) і витримують до 10 год. Такий відпал приводить до зменшення газосодержания в зливку. Одночасно з дегазацією відбувається розчинення надлишкових фаз і структура стає більш однорідною. Однак слід враховувати, що тривалий отжиг ніобію при високих температурах призводить до зростання зерна в злитках.
Гомогенізований отжиг пресованих і кованих заготовок з ніобію виробляють при температурі 1350- 1450 ° С, коли відбувається помітне розчинення карбідних та інших фаз, і в той же час не спостерігається сильного зростання зерна. Гомогенізація заготовки сприятливо позначається на технологічні властивості при подальшій обробці.
Повернення або неповний отжиг застосовують для часткового зняття залишкових напруг, спотворень кристалічної решітки, що виникають в заготовках і виробах при різних операціях обробки тиском. В результаті такого процесу підвищується пластичність металу. Мікроструктура металу не змінюється.
Ступінь повернення залежить від температури, швидкості і ступеня попередньої деформації, тривалості і температури відпалу. При поверненні, на думку багатьох дослідників, число дислокацій не змінюється, а змінюється переважно їх розподіл, яке стає більш рівномірним.
Рентгеноструктурні дослідження деформованого ніобію показують, що в металі є значні залишкові напруги і сильно виражена текстура (наявність на рентгенограмі розмитих ліній). Цей стан зберігається і після півгодинного відпалу при 900 ° С. Відпал при 1000 ° С протягом півгодини призводить до значного зняття напружень в решітці (зменшення товщини розмитих ліній на рентгенограмі).
Однак при зазначеному часу відпалу повсюдного зняття напружень ще не відбувається (окремі лінії залишаються розмитими), на кільцях рентгенограми зберігаються текстурні ущільнення, що характеризують переважну орієнтування зерен в металі. Після двогодинної витримки при 1000 ° С повернення практично повністю закінчується, всі лінії рентгенограми стають чіткими з добре виявленим дублетних будовою. Рефлексів від рекрісталлізованних зерен не спостерігається. Таким чином, нагрів при 1000 ° С протягом 2 «є оптимальним режимом для відпалу-повернення деформованого ніобію.
Ніобій, відпалений за вказаною режиму, має наступні механічні властивості: - ав = 560 Мн / м2 (56 кг / мм2); ат = 480 Мн / м2 (48 кг / мм2); 6 = 17%, тоді як в вихідному деформованому стані ав = = 650 Мн / м2 (65 кг / мм2); ат = 570 Мн / м2 (57 кг / мм2); 8 = 7%.
Відпал-повернення рекомендується застосовувати до виробів і напівфабрикатів, призначених для роботи при температурах нижче температури рекристалізації.
Відпал рекристалізації застосовують як проміжний процес між операціями холодної обробки (для зняття наклепу і усунення текстури) або як остаточну операцію термообробки, (для додання напівфабрикатів або виробів необхідних властивостей).
Фізична природа рекристалізації полягає в тому, що при збільшенні температури деформованого металу піднімається енергетичний потенціал атомів так, що останні отримують можливість перегрупувань і обміну місцями. С. С. Горелик визначає рекристалізацію як процес підвищення структурної досконалості і зменшення вільної енергії металів і сплавів в межах даної фази, що відбувається шляхом виникнення і руху (або тільки руху) меж з великими кутами орієнтування. Це найбільш повне визначення процесу, що охоплює всі його стадії.
