Heat treatment of molybdenum and tungsten in powder environments

Abstract

Описано рекомендовані шляхи покращення технологічних та фізико-механічних властивостей тугоплавких металів (молібдену та вольфраму) після дифузійного відпалювання у кілька етапів. Для значного підвищення технологічних характеристик і переходу на жорсткіші умови експлуатації виробів із тугоплавких металів необхідне вдосконалення уже існуючих способів обробки металів та внесення суттєвих змін у розроблення нових. Досліджено та проаналізовано різні напрями обробки тугоплавких металів, які передбачають процес нагрівання й охолодження металів. При цьому їхні приповерхневі шари отримують певні складні технологічні процеси перерозподілу хімічних компонентів. Певна частина починає мігрувати на поверхню розподілу метал-вакуум, інша частина переміщається в глибину, а ще одна частина залишається без переміщень. Вивчено поведінку елементів проникнення вуглецю, кисню та азоту при нагріванні молібдену та вольфраму до температури 800оС з наступним охолодженням до кімнатної температури. Для оцінювання змін механічних властивостей молібдену і вольфраму після дифузійного відпалювання проведено відповідні випробування. Для вивчення змін технологічних та фізико-механічних властивостей у тугоплавких металів після процесу дифузійного відпалювання в активному порошковому середовищі проведено випробування на згинання й перегинання. Проведені дослідження на вміст кисню у тугоплавких металах при другому нагріванні показали, що його концентрація у вольфрамі зменшується майже у два рази, а у молібдені – у п’ять разів. Технологічний процес очищення тугоплавких металів можна суттєво пришвидшити, якщо провести нагрівання молібдену і вольфраму в імпульсному режимі, який передбачає нагрівання-охолодження. Як відомо, даний спосіб термічної обробки металів стимулює процеси перенесення домішок проникнення з глибини об’єму металів на їх поверхні. Встановлено, що після першого дифузійного відпалювання коефіцієнт пластичності молібдену підвищувався у 3–4 рази, а вольфраму – у 2–3 рази в порівнянні з необробленими зразками тугоплавких металів. На основі аналізу літературних даних і проведених досліджень запропоновано комплекс заходів, направлених на покращення технологічних та фізико-механічних властивостей тугоплавких металів (молібдену і вольфраму) після дифузійного відпалювання в активному порошковому середовищі

The recommended ways of improving the technological and physico-mechanical properties of refractory metals (molybdenum and tungsten) after diffusion annealing in several stages are described. In order to significantly increase the technological characteristics and transition to stricter conditions of operation of products made of refractory metals, it is necessary to improve the already existing methods of metal processing and make significant changes in the development of new ones. Different directions of processing of refractory metals have been studied and analyzed, which involve the process of heating and cooling of metals, while their near-surface layers receive certain complex technological processes of redistribution of chemical components. A certain part begins to migrate to the surface of the metal-vacuum distribution, another part moves into the depth, and still another part remains without movements. The behavior of carbon, oxygen and nitrogen penetration elements was studied when molybdenum and tungsten were heated to a temperature of 800 oC and then cooled to room temperature. To evaluate changes in the mechanical properties of molybdenum and tungsten after diffusion annealing, appropriate tests were conducted. In order to study the changes in the technological and physico-mechanical properties of refractory metals after the process of diffusion annealing in an active powder environment, bending and buckling tests were conducted. Conducted studies on the content of oxygen in refractory metals during the second heating showed that its concentration in tungsten decreases by almost two times, and in molybdenum by five times. The technological process of purification refractory metals can be significantly accelerated if molybdenum and tungsten are heated in pulse mode, which involves heating and cooling, as is known, this method of thermal treatment of metals stimulates the processes of transfer of impurities penetrating from the depth of the volume of metals to their surface. The conducted studies established that after the first diffusion annealing, the plasticity coefficient of molybdenum increased by 3–4 times, and that of tungsten by 2–3 times, compared to untreated samples of refractory metals. Based on the analysis of literature data and conducted research, a set of measures aimed at improving the technological and physico-mechanical properties of refractory metals (molybdenum and tungsten) after diffusion annealing in an active powder environment is proposed