难熔金属 百科内容来自于: 百度百科

一般指熔点高于1650℃并有一定储量的金属(钨、钽、钼、铌、铪、铬、钒、锆和钛),也有将熔点高于锆熔点(1852℃)的金属称为难熔金属。以这些金属为基体,添加其他元素形成的合金称为难熔金属合金。制造耐1093℃(2000°F)以上高温的结构材料所使用的难熔金属主要是钨、钼、钽和铌。在难熔金属合金中钼合金是最早用作结构材料的合金,Mo-0.5Ti-0.1Zr-0.02C合金具有良好的高温强度和低温塑性,在工业上广泛应用。铌合金的出现迟于钼合金,但发展很快,已有30余种牌号。航天工业中使用的主要是中强合金和低强高塑性的铌合金。

性质

简述

难熔金属最重要的优点是有良好的高温强度,对熔融碱金属和蒸气有良好的耐蚀性能。最主要的缺点是高温抗氧化性能差。钨、钼的塑性-脆性转变温度较高,在室温下难以塑性加工;铌和钽的可加工性、焊接性、低温延展性和抗氧化性均优于钼和钨。

低温脆性

塑性-脆性转变温度(以下简称转变温度)是衡量难熔金属及其合金低温塑性的重要参数(特别是钨和钼)。在难熔金属中,钽具有最好的塑性和最低的转变温度(-196℃以下)。铌塑性较钽差,但优于钼和钨。钨的室温塑性最差,转变温度最高。钼的转变温度在室温上下。温度对钨、钽、钼、铌的塑性的影响见图。转变温度同材料受力状态和形变速度有关,也同材料的组织结构和表面状态有关。添加某些元素(特别是铼),以及进行较大量的塑性加工是改善钨和钼低温脆性的有效途径。间隙元素对难熔金属的转变温度有严重影响。

抗氧化性

钨和钼分别在 1000℃和725℃以上出现氧化物挥发和液相氧化物,人们常称之为“灾害性”氧化。铌和钽在空气中加热,仅当温度高于200℃和280℃时,才有明显的氧化;随着温度的升高,铌、钽氧化皮层开裂和粉化,使抗氧化性能变坏。为了解决这一关键难题,曾采取过两种措施:一是制备抗氧化合金,二是加抗氧化保护涂层,但都未能制得在约1050~1250℃下长期使用的材料,只制得加防护涂层后在约1400~1700℃高温下短期(几分钟到几小时)使用的材料。这种材料在一些航天器部件上得到实际应用。

用途

20世纪40年代中期以前,主要是用粉末冶金法生产难熔金属的。40年代后期至60年代初,由于航天技术和原子能技术的发展,自耗电弧炉、电子轰击炉等冶金技术的应用,推动了包括难熔金属在内的、能在1093~2360℃或更高温度下使用的耐高温材料的研制工作。这是难熔金属及其合金生产发展较快的时期。60年代以后,难熔金属虽然有韧性、抗氧化性不良等缺陷,在航天工业中应用受到限制,但在冶金、化工、电子、光源、机械工业等部门,仍得到广泛应用。主要用途有:
①用作钢铁、有色金属合金的添加剂,钼和铌在这方面的用量约占其总用量的4/5;
②用作制造切削刀具、矿山工具、加工模具等硬质合金,钨在这方面的用量约占其总用量的 2/3,钽、铌和钼也是硬质合金的重要组分;
③用作电子、电光源和电气等部门的灯丝、阴极、电容器、触头材料等,其中钽在电容器中的用量占其总用量的2/3。此外,还用于制造化工部门耐蚀部件、高温高真空的发热体和隔热屏、穿甲弹芯、防辐射材料、仪表部件、热加工工具和焊接电极等。中国在50年代已用粉末冶金工艺生产难熔金属制品。60年代起已能生产多种规格的难熔金属及其合金产品。

强化方法

难熔金属的强化,主要有四种途径:固溶强化、加工硬化、沉淀强化和弥散强化。对于钽和铌主要是通过固溶强化和沉淀强化,前者可得到良好的热稳定性,后者可得到良好的高温强度。对于钨和钼主要采用加工硬化和沉淀强化或弥散强化,前者可得低温塑性和高的强度性能,而后者可稳定加工硬化和提高高温形变抗力。形变热处理在难熔金属中也有明显的强化效果(见金属的强化)。

加工方法

坯锭

多孔、弥散、掺杂、高比重材料和许多直接成形的难熔金属及其合金零件是采用粉末冶金工艺制备的。要求提纯的钽和铌合金以及部分钼和钼合金是采用电子束或自耗电弧熔炼工艺。坯锭制备工艺的选择不仅取决于成本和设备条件,而且取决于其后制造工艺和最终性能的要求。采用化学气相沉积和等离子喷涂工艺也可生产某些钨制品。

塑性加工

钨和钼能够经受挤压、锻造、轧制、拉伸等塑性加工。钽和铌及其合金由于转变温度低,且在室温下有良好的塑性,可采用常规工艺加工。钨、钼及其合金片材、丝材、管材生产工艺有其共同的特点,一般是在加工过程中进行再结晶退火,其后采用消除应力退火以使成品具有低的转变温度;钨和钼对间隙元素溶解度极小、污染层很薄,可在保护气氛(如氢气)中加热后,直接在空气中进行高温塑性加工。钽和铌对氮和氧有较大的溶解度,氧、氮含量过高会损害其塑性和加工性能,应避免直接在空气中高温加工,一般需采用包套或涂层。

定向凝固技术

近年来,定向凝固技术用于熔铸难熔金属间复合材料,这些复合材料具有替代航空发动机中涡轮机最热部件材料-Ni基超合金的潜力。它们由一种Nb 基固溶体(保证室温韧性)和Nb的硅化物,如Nb3Si和Nb5Si3(保证高温强度)组成,其中加入一些其它合金元素用以改善抗氧化性或改变硅化物的类型。这些复合材料已采用许多方法制备,如物理气相沉积、箔层压制加工和电弧熔炼等。但是,最有前途的方法之一是定向凝固,因为它给材料中相分布提供了较大的控制空间并可制备粗锭。

定向凝固法

Pope等人使用的光象悬浮区域法,即一种定向凝固法。由于沿棒料有一小熔区移动,故这种方法的基本
难熔金属 难熔金属
原理非常类似于区域精炼法。当小熔区经过棒料后,定向凝固材料就形成了,其中用水冷室的卤化钨灯进行加热。尽管该方法并未用来制备Nb-Si复合材料,但Pope等人已用定向凝固技术制备了许多金属化合物的锭,并且也在Cr2Nb/Nb复合体系内开展了大量的研究工作。
Bewlay等人证实,在一个水冷球缺形坩埚内采用Czochralski 技术感应悬浮熔炼的合金也能产生定向凝固结构。熔炼时将籽晶加入熔体且慢慢拉锭,从而得到铸锭。采用这种技术在约2300℃的温度下熔炼制备Nb-Si复合材料。
美国田纳西州大学Y.H.He等人也使用定向凝固法制备了Cr-Cr2Ta合金锭。分析结果表明,定向凝固技术能使合金中具有均匀的层状Laves相。这种结构能显著提高合金的室温断裂韧性和高温强度,并降低高温蠕变率,从而实现合金在高温环境下的使用。

粉末冶金技术

粉末技术是制备难熔金属大型件的常规技术。首先将材料压制成型,然后垂熔烧结预型件。烧结后材料可进行常规热机械加工。在白炽灯行业用无挠度钨灯丝压制和烧结工艺的深度研究中,烧结过程也调整材料的成分,以确保钾的含量需求,从而获得无挠度行为。目前,大多数难熔金属合金的研究都采用粉末方法。
热机械加工技术及电子背散射衍射分析技术难熔金属常规的热机械加工技术包括轧制、锻造、模锻和拉拔。钽由于塑性好,在室温下就可加工,而钼和钨,尤其是钨必须在高温下加工,以免开裂。
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- 来自原声例句
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