Производство тяжелых сплавов на основе вольфрама

 

 

 ПРОИЗВОДСТВО ТЯЖЕЛЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ВОЛЬФРАМА

 

         ОАО «Победит» выпускает широкую номенклатуру тяжелых сплавов на основе вольфрама или просто тяжелых вольфрамовых сплавов (ВТС),

         Тяжелые сплавы получают только методом порошковой металлургии. Методы литья не могут быть применены в связи с большой разницей температур плавления и плотности используемых в сплаве металлов.

         Вольфрам, содержание которого в тяжелых сплавах варьируется в пределах от 76% до 97%, является самым тугоплавким металлом из известных человечеству (температура плавления 3410ºС). Он имеет очень высокую плотность и твердость, одну из самых высоких среди металлов. В то же время, вольфрам является довольно хрупким материалом, что делает его обработку затруднительной и не позволяет получать изделия сложной формы.

         Для снижения твердости, придания пластичности и обрабатываемости, придания прочностных характеристик в сплав вводятся металлы группы железа: никель, железо, кобальт. Для повышения электро- и теплопроводности, а также придания диамагнитных свойств, в сплав вводится медь.

         Тяжелые сплавы являются композитным материалом, представленные двухфазной структурой из зерен вольфрама округлой формы (ү – фазу распределенной в матрице (связке), представляющей собой твердый раствор вольфрама в Ni-Feили Ni-Cuсплошной матрице (α фаза).

         Получают тяжелые сплавы из смесей порошков вольфрама, никеля, железа или меди, взятых в соответствующих пропорциях, Из смеси прессуются заготовки, которые спекаются в защитной атмосфере в присутствии жидкой фазы при 1350-1500ºС, В присутствии жидкой фазы происходит частичное растворение вольфрама в жидкой фазе, перенос вольфрама и рекристаллизация частиц вольфрама с образованием почти сферических частиц, в десятки раз превосходящих по размеру частиц исходного порошка вольфрама. Последующая термическая обработка в вакууме позволяет улучшить механические свойства тяжелых сплавов.

         Получение тяжелых сплавов с матрицей из чистой меди отличается от систем W-Ni-Feи W-Ni-Cuв силу практической нерастворимости вольфрама в чистой меди. В этом случае сплав получают пропиткой пористого вольфрамового каркаса расплавленной медью, и основано на затекании в поры жидкой меди под действием капиллярных сил. Пористый каркас из вольфрама получают прессованием и спеканием вольфрамового порошка соответствующего гранулометрического состава.

          Тяжелые сплавы пластичны, легко обрабатываются резанием и давлением. Их физико-механические свойства зависят от количества и размеров вольфрамовых зерен (ү - фаза), отношения Ni: Feили Ni: Cuв связке (α - фаза), легирующих добавок и условий получения.

         Сплавы W-Ni-Cu, W-Cu(ВНМ, ВМ) менее прочны, чем W-Ni-Fe(ВНЖ), но обладают более высокой тепло- и электропроводностью, диамагнитны.

         Плотность тяжелых сплавов варьируется от 13,0 до 18,0 г/см³.

         Твердость сплавов марок ВНЖ находится в пределах 20-30 HRC, а марок ВНМ – 24-30 HRC.

         Механо-термическая обработка сплавов ВНЖ (обжатие с последующим отжигом) увеличивает твердость до 36-42 HRC.

         Сплавы имеют невысокий коэффициент термического расширения (4,0-5,5) х 10-6.

         Предел прочности на растяжение варьируется в интервале от 530 до 1200 МПа.

         Относительное удлинение от 0,3% до 30%.

         Сплавы марки ВМ имеют высокую электро- и теплопроводность, достигающие 50% электро- и теплопроводности меди.

Наибольшую популярность у потребителей имеют выпускаемые ОАО «Победит» марки сплавов:

Наименование

Содержание Ni, %

Содержание Fe, %

Содержание Cu, %

ВНЖ 7-3

7,0

3,0

-

ВНЖ-95

3,5

2,0

-

ВНЖ-90

2,5

0,5

-

ВНМ 5-3

5,0

-

3,0

ВНМ 3-2

3,0

-

2,0

ВД 20

2,0

-

18,0

ВМ (5-20)

-

-

5-20

ВМ (20-30)

-

-

20-30

 

         Благоприятное сочетание ценных свойств тяжелых сплавов определяет их широкий диапазон применения.

         Тяжелые сплавы используются для экранов, защищающих от проникающей радиации более эффективно, чем свинцовые. При плотности тяжелого сплава 16,5 г/см³ коэффициент поглощения ү- излучения в 1,5 раза выше, чем у свинца. Поэтому из тяжелых сплавов изготавливают контейнеры для радиоактивных изотопов, щели и коллиматоры для гамма-дефектоскопов.

         Ввиду высокой плотности тяжелые сплавы используются для изготовления маховиков, противовесов, виброгасителей, балансиров, регуляторов центрифуг, роторов гироскопов, гирокомпасов, противовесов элеронов самолетов и т. д. Высокая плотность сплавов используется при изготовлении кинетических поражающих элементов при производстве боеприпасов.

         Высокая проводимость и устойчивость к электроискровой эрозии сплавов ВНМ, ВМ используется при изготовлении штампов для электровысадочных процессов, электродов контактной сварки и электроэрозионной обработки, контактов высоковольтных выключателей, работающих в особо тяжелых условиях.

         В электронной технике данные сплавы используют для изготовления термокомпенсаторов.

         Изделия из тяжелых сплавов и продукты их переработки безвредны для здоровья и экологически безопасны.

         Научно-техническое подразделение ОАО «Победит» ведет постоянные работы по совершенствованию технологии производства тяжелых сплавов. В случае необходимости, может быть проведена доработка состава и технологии производства определенных видов изделий по требованию заказчика с целью наиболее полного удовлетворения пожеланий потребителя по физико-механическим свойствам спеченных материалов. Работы проводятся в форме НИР, ОКР изготовления опытных партий, проведения испытаний изделий у заказчика.

         Ниже приводятся основные параметры выпускаемых сплавов марок ВНЖ, ВНМ и ВМ общепромышленного применения:

 

Наименование компонента

Тип сплава

W-Ni-Fe

W-Ni-Cu

W-Cu

содержание, %

W

70

90

95

97

92

95

80

95-80

80-70

Ni

20

7

3,5

2

5

3

2

-

-

Fe

10

3

1,5

1

-

-

-

-

-

Cu

-

-

-

-

3

2

18

5-20

20-30

Технические характеристики

Плотность, г/см³

13,07

16,8

17,6

18,0

17,0

17,9

15,0

14,5

12,0

Прочность на разрыв МПа,

кгс/мм²/

 

686

70

 

882

90

 

900

92

 

900

92

 

583

60

 

650

69

 

-

69

 

583

60

 

390

40

Относительное удлинение, %

3,1

18,0

7,0

5,0

2,1

1,0

3,0

2,5

4,5

Твердость, HRC

                    HB

30

-

29

-

27

-

28

-

24

-

27

-

-

210

23

-

20

-

Коэффициент теплового расширения,

1х10-6/к

-

4,62

4,60

4,50

5,60

-

5,60

4,40

5,60

Электрическая проводимость, % проводимости чистой меди

-

10

13

17

17

-

19

42

45

Теплопроводность, Вт/(мК)

-

80

93

95

120

-

110

198

235

 

Примечание:

Представленные в таблице величины являются типовыми, справочными и не подлежат использованию в технических условиях в полном объеме.