Диссертация написанное для получения академической степени магистра PhD. доц. У. Н. Рузиев Ташкент 2022

1.5.1. Низколегированные сплавы молибдена

Химический состав низколегированных сплавов (НЛС)приведен в табл.1.1.

Таблица 1.1

Химический состав низколегированных сплавов молибдена

Марка сплава	Содержание легирующих элементов, масс. %
	Титан	Цирконий	Углерод (менее)	Другие элементы
ВМ-1 ВМ-2	0,2 0,24	0,08-0,25 0,41	0,01 0,01	- 0,464
ЦМ-2А	0,07-0,3	0,08-0,25	0,004	-
ЦМ-6	-	0,1-0,2	0,004	0,003В
МТ	0,5	-	0,01	-
МЛТ	0,1	-	0,01	0,005La
TZM	0,4-0,55	0,08-0,15	0,01	-

Некоторые механические свойства молибденовых сплавов даны в табл. 1.2.
Сплавы этой группы используются в качестве конструкцион­ных материалов, в основном, в авиации, космонавтике и в том числе машиностроении [85 - 88].
Молибденовые сплавы типа ВМ-1, ВМ-2, МТ и другие использу­ются в качестве материала штампового инструмента для прессова­ния металлов и сплавов [85 - 88].
При прессовании труб из углеродистых и нержавеющих сталей на трубопрофильных прессах опытные матрицы из молибденового сплава марки ВМ-2 показали увеличение стойкости в 10-11 раз по сравнению с матрицами из стали ЗХ2В8Ф [85 - 88].
Положительные ре­зультаты испытаний образцов с добавлением указанного материала получены при прессова­нии прутков из вольфрама [85 - 88].
Таблица 1.2

Механические свойства сплавов молибдена,σ_в(МПа)/δ(%)

Температура испытаний, ºС	ЦМ-2А	ВМ-1	ЦМ-6	TZM
1	2	3	4	5
20	800/14	800/10	800/15	945/5
200	-	680/11,5	-	-
600	550/-	550/7	-	-
1000	350/18	420/18	420/18	-
1100	-	-	400/16	513
1200	300/18	340/14	350/12	-
1500	110/28	140/25	120/6	-
1600	-	-	90/-	-
1650	-	-	-	100
1800	40/35	-	50/12	-

1.5.2. Дисперсно-упрочненные сплавы молибдена


Повышенное содержание титана и циркония, а также углерода (до 0,3 %) в сплавах преследует цель увеличить их кратковре­менную и длительную прочность при температурах до 1200°С [90]. Химический состав этих сплавов приведен в табл. 1.3.
Приведенные ниже сплавы относятся к гетерофазным с карбидным упрочне­нием. Основу их составляет сложнолегированный твердый раствор, а фазами - упрочнителями являются карбиды.
Первые попытки применять молибденовые сплавы марок МТ для матриц при прессовании медных сплавов оказались неудачными. Запрессованные вставки во время прессования выпадали из обойм, а диаметр очка матрицы быстро изменял размер [86, 89].
Таблица 1.3
Химический состав дисперсно-упрочненных сплавов молибдена

Марка сплава	Содержание легирующих элементов, %
	Углерод	Титан	Цирконий	Никель
ВМ-1Д	0,02	0,1-0,2	0,1-0,15	-
ВМ-3	0,25	0,8-1,3	0,3-0,6	-
ЦМ-5	0,05	-	0,4-0,6	-
ТСМ-3	0,06	-	-	0,03-0,1
ТСМ-4	0,03	-	0,15	0,05-0,1
MP-47-0,8ZeC	0,06	-	0,8-1,0	-

1.5.3. Высоколегированные сплавы на основе молибдена

С целью повышения износостойкости и формоустойчивости штамповогоинструментапри повышенныхтемпературахвоВНИИТС (Всеросский научно-исследовательский институт твердых сплавов (РФ)) разработан высокотемпературный инструментальный материал [90-93], успешно используемый в качестве калибрующих элементов сборного прессового инструмента при прессовании тугоплавких металлов и жаропрочных сталей. Этот материал представляет собой литой эвтектический карбидосодержащий сплав системы Mo-TiC и, фактически является безвольфрамовым твердым сплавом на основе молибдена и карбида титана, полученным методом плавки [90-93].

На основе применения указанного выше материала разработана новая конструкция сборной матрицы[91-93]. Матрица состоит из корпуса из жаропрочных сталей (например, ЗХ2В8Ф, ДИ-22, ЖС6КП или 5ХНМ) с заходным участ­ком рекомендованного выше профиля, калибрующего пояска, выпол­ненного в виде вставки из литого эвтектического карбида,содержащегосяв сплаве и опорного кольца из стали [91-93].
Наибольшие преимущества сплава проявляются при температу­рах выше 800 ^оС, где его горячая твердость становится выше, чем у твердого сплава с 6-15% связки (HV=3500-1000 МПа). Предел прочности на изгиб в интервале 1000-1200 ⁰С достигает 700 МПа и сохраняется на достаточно высоком уровне (200 МПа) при 1800 ⁰С. Особенностью сплава является стабильность его структуры, вплоть до температуры плавления, и высокая износостойкость при темпе­ратурах 800-1500 ⁰С. Химический состав и некоторые свойства сплава представлены ниже [91-93]:
химический состав сплава,%: Мо - 87; TiC- 13;
коэффициент линейного расширение -5,0 х 10^-6 град^-1 ;
плотность - 8,6 - 8,8 г/см³;
твердость -HRC - 40 – 50;
температура плавления – 2200 ⁰С.
Разработан технологический процесс получения фасонных от­ливок из данного сплава диаметром 10-300 мм и массой до 50 кг, а также технология механической обработки [91 - 93].
Использование сплава в качестве калибрующих вставок сбор­ных матриц при прессовании молибденовых сплавов на круг диа­метром 45-95 мм и жаропрочных сплавов на круг диаметром меньше 200 мм на вертикальных и горизонтальных прессах усилием от 15 до 63 МН обеспечило повышение стойкости прессового инструмента (матриц) в 10-50 раз [91-93].
В процессе работы матрицы - вставка находится в условиях всестороннего сжатия - пуансон через заготовку и заходной участок матрицы воздействует на вставку и кольцо. Реакция жесткой опоры со стороны фаски уравновешивает давление на вставку со стороны прутка. В условиях всестороннего сжатия литые карбидсодержащие материалы обладают наибольшим сроком службы, а повышенная жаропрочность такого материала препятству­ет образованию разгарных трещин, что резко повышает стойкость матрицы и качество прессования [91 - 93].
При прессовании слитков молибдена марок МЧВП, ЦМ-2А и МТВП матрицы с калибрующими вставками из литых карбидов позволяли получить цикл 70-90 прессовок. Во всех случаях прутки имели качественную по­верхность, точные размеры и равномерно проработанную по длине и сечению мелкозернистую структуру. Вставки из литых карбидов после такого количества прессовок покрывались сеткой тонких трещин, переходящих при дальнейшей работе в магистральную сквозную трещину [91-93].
Заходной конус сборной матрицы из стали ЗХ2В8Ф подверга­ется равномерному абразивному износу с образованием на его поверхности достаточно глубоких рисок, следов от которых, однако, нет на выдавленном металле. По сравнению со стальными матрицами срок службы настоящей матрицы возрос в 10 раз [91-93].
В настоящее время матрицы такого типа успешно эксплуати­руются на ряде металлургических предприятий страны. Полученные результаты говорят о том, что для высокотемпературного прессо­вания тугоплавких металлов перспективной является сборная мат­рица, сочетающая в себе преимущества вставки из эвтектических сплавов системы Mo-(W)-Ti-C для зоны калибрующего очка и стального заходного участка заданной геометрии.
К недостаткам сплава следует отнести технологию плавки и литья, которая отличается высокой трудоемкостью, сложностью и энергоемкостью, а процесс механической обработки требует при­менения специального инструмента с режущими элементами из сверхтвердых ма­териалов, что в совокупности существенно снижает эффективность использования этого сплава.
Применения вставок из молибденовых сплавов требует под­бора специальных материалов для корпусов матриц. Кроме то­го, внедрение сплавов молибдена сдерживается их высокой стои­мостью. Затраты на инструмент не всегда компенсируются повышением его стойкости. Тем не менее высокие эксплуатационные свойства молибденовых сплавов позволяют считать их перспек­тивными материалами для матриц горячего прессования цветных и черных металлов [91-93].
С целью устранения вышеуказанных недостатков целесооб­разно использовать литые биметаллические композиции между мо­либденовыми сплавами и конструкционными сталями для штампового инструмента и оснастки. Такой способ привлекает рациональным использованием молиб-деновых сплавов, снижением трудоемкости и длительности цикла производства и, самое главное, позволяет сох­ранить все преимущества кованого инструментального материала, соединив их с достоинствами литейной технологии.
Целью устранения недостатков эвтектического сплава является выбор более доступного и техно­логичного сплава той же системы. В этой связи привлечение методов порошковой металлургии, бесспорно, более технологично, чем вакуум­ная плавка, а возможности варьирования составом и, как следствие свойствами – практически безграничны.
Сведения о сплавах системы Mo-TiC, полученных спеканием, в научно-патентных источниках малочисленны.
При использовании молибденовых сплавов для штамповых инстру-ментов вопрос рационального использования этих весьма до­рогих и дефицитных материалов всегда стоит перед конструктора­ми и технологами.
Одно из направлений решения этой проблемы – это разработка научно-технологических основ создания эффективных МСК и изделий повышенной прочности из них путем литья по газифицируемым моделям, в совокупности открывающим широкие возможности, как для сокращения расхода дефицитных материалов, так и для реализации потенциальных ресурсов сочетания материалов, входящих в композицию.