Исследование ученых из Университета Юты в Солт-Лейк-Сити, штат Юта, описывает способы улучшения пластичности вольфрама.Обычно считается, что чистый вольфрам и вольфрамовые сплавы с небольшим количеством сплава являются хрупкими при комнатной температуре и имеют высокие температуры перехода от пластичного к хрупкому (DBTT).Повышение пластичности вольфрама имеет большое значение для производства и применения вольфрама.
Хотя на протяжении десятилетий сообщалось о многочисленных исследованиях по улучшению пластичности вольфрама, это остается проблемой, отчасти из-за плохого понимания механических свойств вольфрама и их зависимости от микроструктуры.
Вольфрам-рениевое легирование является едва ли не единственным известным методом повышения пластичности вольфрама легированием. Хотя в последние годы было проведено большое количество исследований о влиянии добавок, в том числе оксидов, карбидов и других, влияние этих добавок на пластичность вольфрама до сих пор было неубедительным или неочевидным под влиянием термической обработки. Использование микроструктуры сверхмелких частиц или нанокристаллов для улучшения пластичности вольфрама — еще один многообещающий подход.
Вольфрам — тугоплавкий металл с уникальными свойствами. Он имеет самую высокую температуру плавления среди всех элементов, высокий модуль упругости, высокую плотность, высокую теплопроводность и отличные механические свойства при высокой температуре.Эти особые свойства делают вольфрам предпочтительным материалом для многих применений. В последние годы вольфрам также был идентифицирован как один из материалов для компонентов поверхности плазмы в термоядерных реакторах из-за его высокой температуры плавления, низкой скорости распыления и высокой коррозионной стойкости к ионораспылению.
Однако основным недостатком вольфрама является то, что он имеет небольшую пластичность при комнатной температуре, а его пластичность до температуры перехода в хрупкость (DBTT) очень высока.Плохая пластичность вольфрама создает большие проблемы как с точки зрения его обрабатываемости, так и с точки зрения его производительности в жестких условиях.
Исследователи предполагают, что для улучшения пластичности есть два основных фактора: присущее отсутствие плотно упакованных плоскостей и плохое сцепление границ зерен.Среди различных методов термическая обработка оказалась наиболее эффективной. DBTT вольфрама может быть уменьшена с более чем 700 градусов до менее чем 300 градусов путем прокатки при температуре ниже температуры рекристаллизации. Улучшению пластичности деформированного вольфрама способствуют несколько основных факторов, в том числе пластинчатая микроструктура и высокая плотность дислокаций после прокатки.
Чтобы свести к минимуму рекристаллизацию при высокотемпературной обработке, для повышения пластичности вольфрама применяют также холодную обработку, основанную на традиционных методах деформации.Благодаря очень высокой температуре рекристаллизации вольфрама «холодная» обработка может осуществляться примерно до 1400 градусов.Таким образом можно предотвратить рекристаллизацию и рост зерен вольфрама во время деформации, что приводит к более тонкой пластинчатой микроструктуре и более высокой плотности дислокаций в материале.
Холоднокатаный вольфрам при 400° показывает повышенную плотность дислокаций, более малоугловые границы зерен и значительное улучшение прочности, а также более низкую DBTT по сравнению с высокотемпературным прокатным материалом.
Другим известным методом повышения пластичности вольфрама является легирование рением.Сообщалось, что напряжение Пайерлса в вольфраме может быть уменьшено, а дополнительные поверхности скольжения могут быть облегчены за счет образования твердого раствора вольфрама и рения посредством так называемого размягчения раствора. Однако рений - редкий элемент с высокой стоимостью, что делает эти сплавы слишком дорогими для многих применений. Значительная исследовательская работа была направлена на замену рения на тантал, ванадий, титан или другие элементы для достижения аналогичных результатов.
Однако до сих пор имеется мало экспериментальных доказательств эффективности этих легирующих элементов.В последние годы, основываясь на прогрессе исследований металлов и керамики, нанокристаллическая или ультратонкая структура была изучена как метод улучшения пластичности вольфрама. Для получения нанокристаллических или ультрадисперсных частиц вольфрама были изучены методы «сверху вниз» и «снизу вверх».
Вольфрам — тугоплавкий металл с уникальными свойствами. Он имеет самую высокую температуру плавления среди всех элементов, высокий модуль упругости, высокую плотность, высокую теплопроводность и отличные механические свойства при высокой температуре.Эти особые свойства делают вольфрам предпочтительным материалом для многих применений. В последние годы вольфрам также был идентифицирован как один из материалов для компонентов поверхности плазмы в термоядерных реакторах из-за его высокой температуры плавления, низкой скорости распыления и высокой коррозионной стойкости к ионораспылению.
Однако основным недостатком вольфрама является то, что он имеет небольшую пластичность при комнатной температуре, а его пластичность до температуры перехода в хрупкость (DBTT) очень высока.Плохая пластичность вольфрама создает большие проблемы как с точки зрения его обрабатываемости, так и с точки зрения его производительности в жестких условиях.
Исследователи предполагают, что для улучшения пластичности есть два основных фактора: присущее отсутствие плотно упакованных плоскостей и плохое сцепление границ зерен.Среди различных методов термическая обработка оказалась наиболее эффективной. DBTT вольфрама может быть уменьшена с более чем 700 градусов до менее чем 300 градусов путем прокатки при температуре ниже температуры рекристаллизации. Улучшению пластичности деформированного вольфрама способствуют несколько основных факторов, в том числе пластинчатая микроструктура и высокая плотность дислокаций после прокатки.
Чтобы свести к минимуму рекристаллизацию при высокотемпературной обработке, для повышения пластичности вольфрама применяют также холодную обработку, основанную на традиционных методах деформации.Благодаря очень высокой температуре рекристаллизации вольфрама «холодная» обработка может осуществляться примерно до 1400 градусов. Таким образом можно предотвратить рекристаллизацию и рост зерен вольфрама во время деформации, что приводит к более тонкой пластинчатой микроструктуре и более высокой плотности дислокаций в материале.
Холоднокатаный вольфрам при 400° показывает повышенную плотность дислокаций, более малоугловые границы зерен и значительное улучшение прочности, а также более низкую DBTT по сравнению с высокотемпературным прокатным материалом.
Другим известным методом повышения пластичности вольфрама является легирование рением. Сообщалось, что напряжение Пайерлса в вольфраме может быть уменьшено, а дополнительные поверхности скольжения могут быть облегчены за счет образования твердого раствора вольфрама и рения посредством так называемого размягчения раствора. Однако рений - редкий элемент с высокой стоимостью, что делает эти сплавы слишком дорогими для многих применений. Значительная исследовательская работа была направлена на замену рения на тантал, ванадий, титан или другие элементы для достижения аналогичных результатов.
Однако до сих пор имеется мало экспериментальных доказательств эффективности этих легирующих элементов. В последние годы, основываясь на прогрессе исследований металлов и керамики, нанокристаллическая или ультратонкая структура была изучена как метод улучшения пластичности вольфрама. Для получения нанокристаллических или ультрадисперсных частиц вольфрама были изучены методы «сверху вниз» и «снизу вверх».
