ЗАГОТОВКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ
WORKPIECE FOR MANUFACTURING SEMI-FINISHED PRODUCTS FROM HIGH-MELTING METALS

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству длинномерных заготовок (штабиков) преимущественно из порошков вольфрама и молибдена с присадками, используемых для получения прутков, проволоки, полос и лент, из которых изготавливают катоды и другие детали узлов современных электровакуумных приборов.
2
Известна заготовка из мелкозернистого вольфрамового порошка марки ВТ квадратного поперечного сечения размером 15×15 мм и длиной 300 мм, содержащая от 0,7 до 5% ТhО [1]. Следует отметить, что все порошки вольфрама и молибдена с присадками оксидов Th, La и Y имеют мелкозернистое строение и поэтому по сравнению с крупнозернистыми порошками, например, вольфрама марок ВА и ВМ требуют для прессования штабиков усилий в 1,5 раза больших, чем крупнозернистые. Увеличение же усилий прессования сверх назначенных часто приводит к образованию на штабиках дефектов в виде продольных трещин, а повышенная при этом плотность штабиков затрудняет при последующей их сварке испарение присадок. При прессовании квадратной заготовки приложением только вертикальных усилий она находится в условиях неравномерного напряженного состояния как по ширине, так и по высоте. Это неоднородное напряженное состояние в виде остаточных напряжений сохраняется и после прессования. В верхних слоях заготовки оно увеличивается от центра к периферии, а в нижних слоях - от периферии к центру. Слои заготовок, контактирующие с пуансоном при прессовании, подвержены большим усилиям сжатия, чем лежащие ниже слои. Эта неоднородность напряжений приводит к трещинам и расслоям заготовки. Возникающие дефекты в виде расслоев и трещин приводят к браку, который часто достигает 30%.
Малое поперечное сечение заготовки (15×15 мм) ограничивает размерный сортамент получаемых из них полос и прутков (максимальный диаметр прутка 10 мм).
Таким образом, основными недостатками указанного выше решения являются низкий выход годного и ограниченные технологические возможности.
2
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является заготовка из торированного молибдена (присадка составляет ~ 1% ThO) сечением 20×20 мм и длиной 300 мм [2]. Такие заготовки позволяют расширить размерный ряд получаемых изделий, например полос шириной до 40 мм и прутков до диаметра 15 мм.
Недостатком наиболее близкого аналога является низкий выход годного. Как и в указанном выше решении, при прессовании заготовки квадратного поперечного сечения она находится в условиях неравномерного напряженного состояния, что вызывает расслой и трещины, снижает выход годного, приводит при дальнейшей прокатке к раскрытию переднего конца заготовки.
Таким образом, основным недостатком наиболее близкого решения является низкое качество и малый выход годного.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества путем устранения трещин и расслоя и увеличение выхода годного.
1
2
2
Поставленная задача решается тем, что в заготовке для изготовления полуфабрикатов из тугоплавких металлов, поперечное сечение которой выполнено в виде многогранника, согласно изобретению ее сечение выполнено в виде шестигранника, у которого длина двух противолежащих горизонтальных граней l=(2÷3)l, где l - длина остальных равных по длине наклонных граней шестигранника, а угол между наклонными гранями равен 100÷110°.
То, что сечение заготовки выполнено в виде шестигранника с заявляемым соотношением длин граней и значениями угла α, дает возможность создавать в порошке наряду со сжимающими напряжениями в вертикальной плоскости сжимающие напряжения в направлениях, нормальных к наклонным граням. Это приведет к созданию более однородного напряженного состояния по всему сечению заготовки, что устранит трещины и расслой заготовок, т.е. повысит качество и увеличит выход годного.
Длина двух противолежащих горизонтальных граней должна быть в 2-3 раза больше длин остальных равных по длине наклонных граней шестигранника, снижение этого соотношения менее 2 ведет к снижению сжимающих напряжений на наклонных гранях, а следовательно, к снижению качества заготовок. Превышение этого соотношения более 3 ограничивает сортамент получаемых из этих заготовок изделий. При этом условии возможно получение последующей прокаткой только полос и невозможно получать качественные прутки. Угол между наклонными гранями равен 100÷110°. Снижение значения угла меньше 100° увеличивает значения сжимающих напряжений, но при этом возрастает общая ширина заготовки, этим ограничивается сортамент получаемых из этих заготовок изделий. Увеличение угла больше 110° снижает величину сжимающих напряжений на наклонных гранях и при этом снижается качество заготовок и получаемых из них изделий.
Предлагаемая заготовка проиллюстрирована на фиг.1-2, где на фиг.1 показан общий вид заготовки, на фиг.2 - схема сил, действующих при прессовании.
1
2
2
Заготовка имеет две горизонтальные грани 1 и четыре наклонные грани 2, образующие в сечении шестигранник. Грани 2 равны по длине между собой, грани 1 также выполнены равной длины. Длина двух противолежащих горизонтальных граней 1 l=(2÷3)l, где l - длина наклонных граней. Угол между наклонными гранями α=100÷110°.
На фиг.2 изображены матрица 3 и пуансон 4.
н
Порошок засыпают в полость матрицы 3, которая выполнена с соответствующими заготовке наклонными гранями. Затем при движении пуансона 4 происходит формирование шестигранной заготовки, при этом на наклонные грани 2 заготовки со стороны пуансона 4 и матрицы 3 действуют сжимающие нормальные составляющие усилия Р.
2
Согласно предлагаемому решению было изготовлено 20 заготовок высотой 200 мм, общей шириной 300 мм и шириной 30 мм из торированного молибдена марки МТ. Заготовки прессовали при удельном давлении, равном 3 т/см. Затем штабики спекали, после чего нагревали в муфельной печи с защитной атмосферой водорода до температуры 1350…1250°С и прокатывали за три прохода. В результате были получены полосы толщиной 10 мм и шириной 54 мм. Для сравнения было изготовлено 10 квадратных заготовок сечением 20×30 мм и длиной 300 мм из торированного молибдена марки МТ. При прессовании этих заготовок с удельным усилием 3 т/см три заготовки получили макродефекты в виде трещин на контактной поверхности. Таким образом, выход годных заготовок при их прессовании составил 70%, а брак 30%, после прокатки выход годного - 50%. Данные испытаний сведены в таблицу.
№ п/п
Длина горизонтальных граней l<sub>1</sub>, мм
Длина наклонных граней l<sub>2</sub>, мм
Угол между наклонными гранями, град
Наличие трещин после прессования
Выход годного после прессования, %
Выход годного после прокатки, %
1
20
11,0
115
Отдельные дефекты
80
90
2
22
11,0
110
Нет дефектов
100
110
3
27,5
11,0
105
Нет дефектов
100
100
4
33
11,0
100
Нет дефектов
100
100
5
35
11,0
95
Невозможно получить прутки
100
При получении полос -100
Предлагаемая заготовка найдет применение в порошковой металлургии и электротехнической промышленностях для производства узлов и деталей современных электровакуумных приборов.
Источники информации
1. Свойства и применение металлов и сплавов для электровакуумных приборов. Справочное пособие. Под общей ред. Р.А.Шилендера. - М.: Энергия, 1973. С.20-21.
2. Зеликман А.Н. Молибден. - М.: Металлургия, 1970, С.317.