Современная металлургическая промышленность производит почти все известные металлы

Лекция 11. ПРОИЗВОДСТВО КОМПАКТНЫХ ВОЛЬФРАМА
И МОЛИБДЕНА МЕТОДОМ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Производство компактного вольфрама до настоящего вре­мени базируется на использовании метода порошковой метал­лургии, впервые разработанного русским ученым П.Г.Собо­левским в 1826 г. для производства платиновых изделий. Этот метод применительно к получению компактного вольфра­ма был развит в 1909 - 1911 гг. американскими учеными Кулиджем и Финком. Этим же методом получают значительную часть компактного молибдена. Метод порошковой металлургии состоит из следующих основных переделов:

1. 
   прессование заготовок из порошков;
   
2. 
   спекание заготовок;
   

3) механическая обработка спеченных заготовок с полу­чением изделий (проволоки, ленты).
Прессование заготовок
Прессование штабиков. Для получения проволоки и листов небольшого размера из порошков вольфрама и молибдена прессуют штабики - заготовки сечением от 10x10 до 40x40 мм и длиной 500 - 650 мм в стальных пресс-формах (рис. 14). При прессовании порошка получают изделие определен­ной формы, обладающее некоторой прочностью. Это достига­ется сближением частиц порошка и увеличением контактных поверхностей между ними, что способствует увеличению сил сцепления, а также сил механического зацепления между ни­ми.


Гидростатическое прессование. Для формирования крупных заготовок однородной плотности массой 100 - 300 кг, кото­рые практически невозможно получить прессованием в сталь­ных пресс-формах, используют метод гидростатического прессования.
При гидростатическом прессовании порошок металла, по-

75

мешенный в эластичную оболочку (из резины или другого по­лимерного материала), подвергается всестороннему сжатию с помощью жидкости, подаваемой под давлением в рабочую ка­меру (рис.15). При гидростатическом прессовании нет тре­ния порошка о стенки пресс-формы, что обеспечивает равно­мерную плотность спрессованной заготовки. Гидростатичес­ким прессованием формуют заготовки цилиндрической или прямоугольной формы (сутунки для проката), а также трубки и изделия более сложной формы. Нужную геометрическую фор­му получают, помещая эластичную оболочку в стальные обой­мы (рис.16).

Гидростатическим прессованием вольфрамовых и молибде­новых порошков получают заготовки с пористостью 30 — 35 % при удельных давлениях 200 - 250 МПа, массой до несколь­ких сот килограммов.


Спекание штабиков
В результате процесса спекания (выдержка спрессованно- I го брикета при определенной температуре) достигается уп­рочнение брикета и его усадка (уменьшение объема пор). | Брикет приобретает структуру, характерную для компактных : металлов. Однако в отличие от металла, полученного плав­лением, он все же обладает значительной остаточной порис­тостью, которая исчезает только после механической обра­ботки штабика (ковки, протяжки).
Спекание вольфрамовых и молибденовых штабиков проводят в две стадии: предварительное низкотемпературное спекание и высокотемпературное спекание ("сварка").
Низкотемпературное спекание. Предварительное спекание вольфрамовых штабиков ведут при 1150 - 1300 °С и молибде­новых при 1100 - 1200 °С в муфельных электропечах (муфель из алунда) в среде водорода. Нагревателем служит молибде­новая проволока. После выдержки в течение 30 - 120 мин (в зависимости от размеров) получают заметно упрочненные штабики, однако линейная усадка их незначительная (2 -3 %). Спрессованные штабики обладают открытой пористос­тью. Водород диффундирует в поры штабика и- восстанавлива­ет тонкие пленки оксидов. Это создает чисто металлический контакт между кристаллами штабика и улучшает условия спе­кания.
Высокотемпературное спекание ("сварка"). Для получения штабиков, обладающих структурой, наиболее благоприятной для дальнейшей механической обработки, требуется нагрев вольфрамового штабика примерно до 2900 - 3000 °С, а" мо­либденового - до 2200 - 2400 °С. Такую высокую температу­ру наиболее просто получить путем непосредственного про­пускания электрического тока через штабик, упрочненный предварительным первым спеканием.
На рис.17 приведена схема аппарата для высокотемпера­турного спекания ("сварки") штабиков.

Н,0

Штабик закрепляется в охлаждаемом водой колпаке между двумя зажимными контактами, состоящими из медных, охлаж­даемых водой головок, в которые вмонтированы две скреп­ленные пружиной вольфрамовые или молибденовые пластины — щипцы. Ток к контактам подводится по охлаждаемым медным трубам. Нижний контакт должен быть подвижным, так как в про­цессе спекания происходит зна­чительная линейная усадка шта­биков (15 - 17 %), поэтому к нижнему контакту ток подводит­ся при помощи гибких шин. На­тяжение штабика обеспечивается иротивогрузом.
Под колпак в процессе спе­кания непрерывно поступает су­хой водород со скоростью 0,8 — 1,0 м³/ч.
Рис. 17. Схема аппарата для высокотемпе­ратурного спекания ("сварки") вольфрамо­вых и молибденовых штабиков: / - стальная плита; 2 - охлаждаемый кол-мак; 3 - верхний неподвижный контакт; / токоподвод; 5 - шина, подводящая нж; 6 - спекаемый штабик; 7 - зажимные типцы; 8 - нижний подвижный контакт; 9 -противогруз; 10 — гибкий токоподвод


Спекание крупных заготовок
Спекание крупных заготовок ведут в печах с косвенным нагревом. На рис.19 показана схема разработанной в СНГ вакуумной методической печи для спекания молибденовых штабиков больших сечений. Нагревателями служат графитовые стержни. Заготовки укладываются в графитовые контейнеры, которые с помощью механического толкателя проходят через камеру спекания, а затем камеру охлаждения. Спекание ве- 1 дут при 1900 - 1950 °С в течение 6 - 9 ч при давлении в


1 - поезд графитовых контейнеров; 2 - камера охлаждения; 3 - камера спека­ния; 4 - теплоизоляция; 5 - графитовые нагреватели; 6 - толкатель с гидроци­линдром
печи 0,13 Па. Контейнеры со штабиками загружают в печь и выгружают из нее через шлюзы, имеющие эвакуируемые ка­меры.
Для спекания крупных заготовок массой 100 - 300 кг, полученных гидростатическим прессованием, используют ин­дукционные печи. Спекание молибденовых заготовок ведут в водороде при 1700 - 1850 °С в течение 3 - 15 ч (в зависи­мости от температуры и размера заготовки). Крупные воль­фрамовые заготовки спекают в индукционных печах при 2400 - 2500 °С и длительной выдержке (~20 ч).