Obrabotka Metallov 2011 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (52) 2011 47 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ УДК 621.762 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРЕССОВАНИЯ И СПЕКАНИЯ НАНОПОРОШКОВ ВОЛЬФРАМА И МОЛИБДЕНА* С.В. МАТРЕНИН, канд. техн. наук, доцент, Б.Б. ОВЕЧКИН, канд. техн. наук, доцент, Д.Д. САДИЛОВ, магистрант, О.С. ЛЯХОВА, магистрант ( ТПУ, г. Томск ) Статья получена 6 июня 2011 года Матренин С.В. – 634050, г. Томск, ул. Усова, 7, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт физики высоких технологий, кафедра материаловедения в машиностроении, к. 107, e-mail: vm-s@mail.ru Представлены результаты исследования процессов формования и спекания нанопорошков вольфрама и молибдена с добавками нанопорошка никеля, определены плотность, усадка, модуль упругости и микротвердость спеченных об- разцов. Установлено положительное влияние добавки нанопорошка никеля на процесс уплотнения прессовок при спе- кании, которое приводит к повышению механических свойств спеченных тугоплавких металлов. Ключевые слова: тугоплавкие металлы, вольфрам, молибден, спекание, индентирование. Введение Тугоплавкие металлы и сплавы благодаря высо- кой жаропрочности находят широкое применение во многих отраслях промышленности: в космической технике, авиастроении, металлургии, энергетике и т. д. Так, вольфрамовые электроды используются в технологии сварки суперсплавов, из молибдена из- готавливают стержни и вставки, применяемые при литье сталей и цветных металлов под давлением, а также инструмент для горячей обработки давлением. Сплавы на основе тугоплавких металлов прогнози- руются в качестве альтернативных суперсплавам [1]. В технологии получения нанопорошков путем пере- конденсации в плазменных аппаратах используются вольфрамовые и молибденовые тигли, которые на- гревают тепловым излучением наружного радиаци- онного элемента или электронным пучком [2]. Заготовки и изделия из тугоплавких металлов и сплавов производят практически только методами порошковой металлургии. Широко распростране- на технология, включающая получение порошков вольфрама и молибдена путем восстановления соот- ветствующих ангидридов, формование порошков в штабики, и последующее двухстадийное спекание [3]. Предварительное спекание вольфрамовых штаби- ков ведут при 1150…1300 °С, а молибденовых – при 1100…1200 °С в муфельных электропечах в среде водорода. После выдержки в течение 30…120 мин по- лучают заметно упрочненные штабики, которые затем подвергают высокотемпературному спеканию. Для это- го требуется нагрев вольфрамового штабика примерно до 2900…3000 °С, молибденового – до 2200…2400 °С. Такуювысокуютемпературуполучаютпутемнепосред- ственного пропускания электрического тока через шта- бик. Окончательно плотность вольфрамовых штабиков достигает 17,5…18,5 г/см 3 (пористость 10…15 %), по- ристость молибденовых штабиков равна 6…10 %. Су- щественным недостатком такой технологии спекания является ее двухстадийность, длительность и высокая энергоемкость. В связи с этим исследование активиро- вания спекания тугоплавких металлов с цельюповыше- ния технологичности процесса, увеличения плотности спеченных изделий, получения более мелкозернистой структуры и улучшения их эксплуатационных характе- ристик является весьма важной задачей. В [4] показано, что эффективным методом акти- вирования процесса спекания является применение нанодисперсных порошков (НП). При уменьшении линейных размеров частиц порошков менее 300 нм качественно изменяются их свойства: устойчивым становится иной тип кристаллической структуры, снижается температура плавления и температура фазовых переходов, повышается теплоемкость и др. НП обладают повышенной диффузионной и хими- ческой активностью, обусловленной значительной ____________________ * Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы, проект НК – 616П(8), ГК № П-920.