книги из ГПНТБ / Копецкий, Ч. В. Структура и свойства тугоплавких металлов
.pdfУСПЕХИ
СОВРЕМЕННОГО
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ
Серия под общей редакцией
М. Л. БЕРНШТЕЙНА, И. И. НОВИКОВА
Ч. В. КОПЕЦКИЙ
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА
ТУГОПЛАВКИХ
МЕТАЛЛОВ
Москва
«МЕТАЛЛУРГИЯ»
1 9 7 4
УДК 669.018.45
УДК 669.018.45 |
|
|
|
|
|
|
|
Структура и свойства тугоплавких металлов. |
Серия |
«Успехи совре |
|||||
менного |
металловедения». К о л е ц к и й |
Ч. |
В. |
М., |
«Металлургия», |
||
1974. 208 |
с. |
|
|
|
|
|
|
Изложены результаты исследования структуры к механических |
|||||||
свойств |
тугоплавких металлов |
с о. ц. |
к. |
решеткой — вольфрама, |
|||
молибдена, ниобия и тантала. |
Обсуждаются |
вопросы, |
связанные |
||||
с механизмам пластической деформации, |
упрочнения |
и разупроч |
|||||
нения. Особое внимание уделено механизмам, связанным со специ фикой о. ц. к. решетки и с ролью примесей внедрения. Рассмотрены проблема низкотемпературной хрупкости, высокотемпературная
прочность тугоплавких металлов и их сплавов. Приведены |
свой |
|
ства и описаны некоторые выоокожаропрочные сплавы |
на |
основе |
тугоплавких металлов. |
ннженеров- |
|
Монография рассчитана на научных работников, |
||
металловедов, инженерно-технических работников научно-иоследова- тельских, проектных институтов и заводов металлургической и ма шиностроительной промышленности. Ил. 85. Табл. 9. Список лит.: 151 назв.
,:ая
СР
©Издательство «Металлургия», 1974.
31101 —121
116—74
040(01)—74
ОТ ИЗДАТЕЛЬСТВА
В последние годы в СССР получены ценные науч ные результаты в области исследования строения и свойств металлических сплавов, физической природы фазовых и структурных превращений в них. Улучшены многие эксплуатационные свойства сплавов и расшире ны области применения их в технике.
В серии «Успехи современного металловедения», подготовленной известными учеными нашей страны, освещаются достиоюения отечественной науки о металлах и обобщаются ваоіснейшие данные по наиболее актуаль ным вопросам металловедения.
|
|
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стр. |
П р ед и сл о ви е.......................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
||
В в е д е н и е |
................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г л а в а |
I. |
Дефекты |
кристаллической |
решетки |
и. |
пластиче |
|
||||||||
|
|
ская |
деформация |
тугоплавких |
металлов |
с о. ц. к. |
|
||||||||
|
|
р е ш е т к о й ............................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Геометрия |
с к о л ь ж е н и я |
.................................................... |
|
|
|
|
13 |
||||||
|
|
Типы |
д и сл о кац и й .............................................................. |
|
|
|
|
|
|
14 |
|||||
|
|
Дислокационные |
|
р е а к ц и и ........................................... |
|
|
|
|
15 |
||||||
|
|
Расщепление |
винтовых |
|
д и сл о к ац и й ..................... |
. |
|
18 |
|||||||
|
|
Дефекты |
у п а к о в к и ............................................ |
|
|
|
|
|
23 |
||||||
|
|
Особенности |
геометрии |
скольжения |
в |
металлах |
25 |
||||||||
|
|
с о. ц. к. |
|
р е ш е т к с й ......................................................... |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Асимметрия |
ск о л ь ж ен и я ............................................... |
|
|
|
|
26 |
|||||||
Г л а в а |
П. |
Упрочнение |
тугоплавких |
|
металлов |
с о. ц. к. |
ре |
|
|||||||
|
|
шеткой |
.................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Деформационное |
у п рочн ен и е......................................... |
|
|
|
|
30 |
|||||||
|
|
Кривые |
|
напряжение — деф |
рмццня |
. . . |
. |
30 |
|||||||
|
|
Микродеформация |
..................................................... |
|
|
|
|
|
33 |
||||||
|
|
Стадия |
легкого ск о л ьж ен и я .................................... |
|
. . . |
. |
35 |
||||||||
|
|
Вторая и третья стадии упрочнения |
36 |
||||||||||||
|
|
Температурная |
зависимость |
предела |
текучести |
38 |
|||||||||
|
|
и напряжения |
т е ч е н и я .............................................. |
|
текучести |
и |
|||||||||
|
|
Влияние |
ориентации |
|
на предел |
|
|||||||||
|
|
напряжение |
т е ч е н и я ............................................... |
|
|
|
|
44 |
|||||||
|
|
Твердорастворное |
упрочнение |
.................................... |
|
|
|
46 |
|||||||
|
|
Твердые |
растворы |
за м е щ е н и я ......................... |
|
|
47 |
||||||||
|
|
Твердые |
|
растворы |
в н е д р е н и я ........................... |
|
|
|
52 |
||||||
|
|
Разупрочнение |
при |
легировании |
о. ц. к. |
ме |
61 |
||||||||
|
|
таллов |
................................................ |
и |
|
|
|
|
|
|
. . . |
. |
|||
|
|
Структурное |
субструктурное упрочившіе |
. . |
66 |
||||||||||
Г л а в а |
111. Низкотемпературная хрупкость тугоплавких о. ц. к. |
|
|||||||||||||
|
|
металлов |
|
|
.............................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Процессы разрушения о. ц. к. металлов |
. . . |
. |
76 |
||||||||||
|
|
Влияние внутренних и внешних факторов на низ |
82 |
||||||||||||
|
|
котемпературную |
х р у п к о с т ь ..................................... |
|
|
|
|
||||||||
|
|
Влияние |
примесей |
в н е д р е н и я |
.......................... |
внедрения |
82 |
||||||||
|
|
Индивидуальное влияние примесей |
86 |
||||||||||||
|
|
Влияние |
структуры |
и |
субструктуры |
. . . |
. |
94 |
|||||||
|
|
Влияние |
легирующих |
добавок |
на |
хрупкость |
105 |
||||||||
|
|
Влияние |
скорости |
д еф о р м ац и и ...................... |
|
|
112 |
||||||||
|
|
Влияние |
типа |
н а г р у ж е н и я ................................... |
|
|
|
ИЗ |
|||||||
|
|
Влияние |
состояния |
п о вер х н о сти ...................... |
|
|
И 4 |
||||||||
Г л а в а IV. Возврат |
и |
|
рекристаллизация |
тугоплавких |
ме |
|
|||||||||
таллов . . . .
Возврат в тугоплавких металлах с о. ц. к. ре
шеткой ...................................................................
6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стр. |
|
Возврат |
электросопротивления |
холоднодефор- |
118 |
||||||||
|
мированного |
и облученноговольфрама |
. |
. |
||||||||
|
Возврат |
электросопротивления |
в |
молибдене |
125 |
|||||||
|
Возврат в металлах V группы.............................. |
|
металлов |
130 |
||||||||
|
Рекристаллизация тугоплавких |
о . ц . к . |
134 |
|||||||||
|
Процессы |
зарождения |
рекристаллизованных |
134 |
||||||||
|
з е р е н ................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
. . |
. . - |
||
|
Структура |
границ зерен |
иих |
свойства . . |
140 |
|||||||
|
Температура |
начала рекристаллизации . . |
143 |
|||||||||
|
Стадия |
рекристаллизации |
|
тугоплавких |
144 |
|||||||
|
Диаграммы |
|
рекристаллизации |
|
||||||||
|
о. ц. к. |
металлов |
и изменение |
механических |
|
|||||||
|
свойств металлов п сплавов при рекристалли |
145 |
||||||||||
|
зации ................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
. . . . |
|||
Г л а в а |
V. Высокотемпературная |
прочность |
тугоплавких |
ме |
154 |
|||||||
|
таллов |
и их сп л ав ов .......................... |
|
|
|
. . . . |
||||||
|
Вольфрам |
и его |
с п л а в ы .............................................. |
|
|
|
|
|
154 |
|||
|
Нелегнрованный |
в о л ь ф р а м |
|
|
|
|
154 |
|||||
|
Сплавы |
в о л ь ф р а м а ................................................ |
|
|
|
|
|
158 |
||||
|
Молибден |
и его |
с п л а в ы ........................................... |
|
|
|
|
|
165 |
|||
|
Нелегированный |
м о л и б д е н |
|
|
|
|
165 |
|||||
|
Сплавы |
молибдена ................................................ |
|
|
|
|
|
168 |
||||
|
Ниобий |
и |
его |
с п л а в ы ................................................ |
|
|
|
|
|
187 |
||
|
Нелегнрованный н и о б и й .............................................. |
|
|
|
|
187 |
||||||
|
Сплавы |
н и о б и я ..................................................... |
|
|
|
|
|
190 |
||||
|
Тантал |
и |
его |
с п л а в ы ............................................... |
|
|
|
|
|
195 |
||
|
Нелегнрованный |
т а н т а л ............................................. |
|
|
|
|
195 |
|||||
|
Сплавы |
тантала |
..................................................... |
|
|
|
|
|
198 |
|||
Список |
литературы ..................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
. . . . |
199 |
||
ПРЕДИСЛОВИЕ
Стремительное развитие новой техники в последние годы значительно повысило требования, предъявляемые к материалам. Это потребовало детального изучения новых материалов, которые могли бы удовлетворить конструкторов новых машин, аппаратов и приборов.
Среди таких материалов одно из ведущих мест зани мают тугоплавкие металлы и сплавы с решеткой объемноцентрированного куба (о. ц. к.). Металлофизические и металловедческие исследования тугоплавких металлов в последнее десятилетие бурно возросли. В результате этих исследований металловедение получило новые пред ставления, углубляющие и расширяющие наши знания о металлах и сплавах вообще, а практика получила ряд новых материалов и возможность создания принци пиально новых конструкций.
Научная литература по металловедению тугоплавких металлов весьма обширна. У нас в стране в последние годы появился ряд монографий и обзоров, отражающих достижения в исследованиях структуры и свойств туго плавких металлов и сплавов и успехи в разработке новых материалов на их основе [17, 42—44, 55, 66, 67, 83, 88, 91, 120, 146].
За рубежом, главным образом в США и Австрии, состоялось несколько конференций и симпозиумов [1—3, 12, 40, 84, 96, 106, 107, 118, 122], на которых обсуж дались актуальные проблемы металлофизики и металло ведения тугоплавких металлов и сплавов. Большая часть материалов этих конференций издана у нас в пе
реводе.
Ряд конференций, посвященных различным научным и практическим вопросам, связанным с проблемой ту гоплавких металлов, состоялся в последнее время и у
лас ів стране.
К настоящему времени основные нерешенные вопро сы, сдерживающие более широкое использование обсуж даемого круга металлов на практике, связаны в основ ном с явлением низкотемпературной хрупкости туго плавких металлов, с недостаточным уровнем их жаро прочности и жаростойкости, а также с неудовлетвори тельной свариваемостью как самих тугоплавких метал лов, так и их сплавов. При этом если для металлов
8
группы V — ванадия, |
ниобия и тантала — успехи в ре |
|
шении этих вопросов |
(исключая |
проблему жаростой |
кости) значительны, то о металлах |
группы VI — хроме, |
|
молибдене п вольфраме,— к сожалению, этого сказать |
||
нельзя.
Лишь в самые последние годы наметились перспек тивы решения этих трудных вопросов, что в первую оче редь связано с успехами в исследовании процессов пластической деформации и деформационного упрочне ния металлов с о. ц. к. решеткой, которые были достиг нуты исследователями у нас в стране и за рубежом, а также с успехами в исследовании их структуры и ее связи со свойствами тугоплавких металлов. Здесь ре шающую роль сыграли получение монокристаллов о. ц. к. тугоплавких металлов, содержащих очень малое коли чество примесей атомов внедрения, а также возможно сти, связанные с использованием электронной микро скопии. Это позволило понять многие механизмы пла стической деформации и упрочнения. Более ясной стала роль примесей внедрения в формировании механических свойств тугоплавких металлов при высоких и низких температурах. Появилась возможность определить осо бенности пластической деформации тугоплавких о. ц. к. металлов, связанные с влиянием этих примесей. Опре деленный вклад в решение проблемы низкотемператур ной хрупкости тугоплавких о. ц. к. металлов внесли и работы по исследованию микроскопических механизмов, связанных с разупрочнением при нагреве этих деформи рованных металлов.
Наибольшие практические успехи в металловедении тугоплавких металлов связаны с созданием высокожаро прочных сплавов, обладающих высокой прочностью при повышенных температурах и удовлетворительной низко температурной пластичностью. К сожалению, при этом осталась нерешенной задача получения удовлетвори тельной жаростойкости этих материалов в агрессивных газовых средах.
В предлагаемой читателю книге в основном изложе ны результаты исследования структуры и механических свойств четырех тугоплавких металлов с о. ц. к. решет кой — вольфрама, молибдена, ниобия и тантала.
В первых четырех главах обсуждаются вопросы, свя занные с механизмами пластической деформации, упроч
нения и разупрочнения, не |
нашедшими |
достаточного |
||
отражения в известных монографиях. |
Особое |
внима |
||
ние уделено механизмам, |
связанным |
со |
спецификой |
|
о. ц. к. решетки и с ролью примесей внедрения. |
Специ |
|||
ально обсуждается проблема низкотемпературной хруп кости, которая пока остается актуальной для металлов группы VI. Пути решения этой проблемы, видимо, лежат в направлении глубокой очистки металлической матри цы от примесей внедрения, в том числе и за счет специального легирования, с одновременным созданием оптимальной структуры матрицы. Наибольшие успехи здесь пока получены за счет легирования рением, при садки которого значительно облегчают пластическую деформацию при низких температурах.
В последней главе описаны высокожаропрочные сплавы на основе тугоплавких металлов, а также изло жены некоторые меры, предпринятые для улучшения свойств этих материалов.
Остались неохваченными вопросы окмсляемости ту гоплавких металлов и разработки жаростойких материа
лов на основе сплавов тугоплавких металлов |
и данные |
||
о физико-химическом взаимодействии тугоплавких |
ме |
||
таллов, которые достаточно полно |
изложены |
в |
ряде |
последних монографий. |
книги не позволила |
||
Ограниченность общего объема |
|||
включить интересные вопросы, связанные с исследова нием и разработкой эффективных сверхпроводящих материалов на основе ниобия.
Автор сознает, что предлагаемая книга не лишена недостатков, и будет признателен читателям, если они укажут «а «их.
В заключение автор выражает глубокую благодар ность сотрудникам Института физики твердого тела АН СССР М. И. Карпову, Э. М. Надгорному, В. И. Ни китенко и другим, принявшим участие в обсуждении отдельных глав книги.
Особую благодармость за помощь « оформлении ру кописи автор выражает Н. Б. Тереховой.