DE1533347B1 - Tungsten-based ductile alloys - Google Patents
Tungsten-based ductile alloysInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Legierungen auf Wolframbasis, die sich durch Übergangstemperaturen vom duktilen zum spröden Zustand auszeichnen, die bei Temperaturen unter derjenigen unlegierten Wolframs liegen.The invention relates to alloys Tungsten base, which are characterized by transition temperatures from the ductile to the brittle state, the at temperatures below those of unalloyed tungsten.
Es ist bekannt, daß die Temperatur für den Übergang vom duktilen zum spröden Zustand von Wolfram durch Zusatz von Rhenium herabgesetzt werden kann. Obgleich Wolframdraht schon mit einer gewissen Duktilität bei Zimmertemperatur ohne Zusatz von Rhenium: hergestellt wurde, sind für die Fertigung von Blechen, Rohren und anderen geformten Produkten aus Wolfram etwa 22 bis 25% Rhenium zur Erzielung einer Duktilität bei Zimmertemperatur erforderlich. .,'..■..It is known that the temperature for the transition can be reduced from the ductile to the brittle state of tungsten by adding rhenium can. Although tungsten wire already has a certain ductility at room temperature without additives Made by Rhenium: are used for the manufacture of sheet metal, pipes and other shaped Products made from tungsten have about 22 to 25% rhenium to achieve ductility at room temperature necessary. ., '.. ■ ..
Wegen der Seltenheit und des hohen- Preises des Rheniums erscheint es jedoch günstig, eine Legierung verfügbar zu machen, die bei Zimmertemperatur oder noch darunter duktil ist und dabei aber weniger von diesem relativ seltenen Metall enthält. Weiterhin sollte die Legierung zumindest die gleiche Festigkeit wie unlegiertes Wolfram und eine nicht niedrigere Rekristallisationstemperatur als dieses Metall haben.Because of the rarity and the high price of rhenium, however, it seems cheap to use an alloy to make available that is ductile at room temperature or below, but less of contains this relatively rare metal. Furthermore, the alloy should have at least the same strength as unalloyed tungsten and a not lower recrystallization temperature than have this metal.
Es ist daher ein Zeil der Erfindung, eine Legierung auf Wolframbasis vorzusehen, die bis 1% Rhenium enthält und deren Temperatur für den Übergang vom duktilen zum spröden Zustand dabei jedoch niedrig ist.It is therefore an object of the invention to provide a tungsten-based alloy containing up to 1% rhenium and whose temperature for the transition from the ductile to the brittle state is, however, low.
Weiterhin soll die Legierung auf Wolframbasis bei niedriger Temperatur duktil sein und trotzdem im wesentlichen die gleiche Festigkeit und die gleichen Hochtemperatureigenschaften wie unlegiertes Wolfram haben.Furthermore, the alloy based on tungsten is said to be be ductile at a lower temperature and still have essentially the same strength and strength Have high temperature properties like unalloyed tungsten.
Die erfindungsgemäßen Legierungen mit derart günstigen Eigenschaften bestehen im wesentlichen aus 0,0001 bis 0,0035% Mangan, bis 1% Rhenium, Rest Wolfram und unvermeidlichen Verunreinigungen.The alloys according to the invention with such favorable properties consist essentially of 0.0001 to 0.0035% manganese, up to 1% rhenium, the rest Tungsten and inevitable impurities.
Gemäß der Erfindung werden diese Legierungen auf Wolframbasis hergestellt, indem man Wolframpulver mit 0,1 bis 0,3 % Mangan und gegebenenfalls weniger als 1% Rhenium, beides in Pulverform, mischt (alle %-Angaben bedeuten Gewichtsprozent bezogen auf Wolfram) und vorzugsweise die Mischung zu einem Block preßt, diese Mischung erst bei 1300° C im Vakuum oder in einer Inertgasströmung vorsintert, dnach unter gleichen Bedingungen bei. 1650°C vorsintert und schließlich, wie bei der Herstellung von Wolframsinterkörpern bekannt, bei 2350°G sintert und je nach Wunsch eine Warmverformung anschließt.According to the invention, these tungsten-based alloys are produced by using tungsten powder with 0.1 to 0.3% manganese and possibly less than 1% rhenium, both in powder form, mixes (all% figures mean percentages by weight based on tungsten) and preferably the mixture Press this mixture into a block only at 1300 ° C pre-sintered in a vacuum or in an inert gas flow, i.e. under the same conditions. 1650 ° C and finally, as in the production of Sintered tungsten bodies known, sintered at 2350 ° G and, if desired, followed by hot deformation.
Das Vorsintern bei 1300° C dient zur Umsetzung von Mangan mit Restsauerstoff der Mischung unter Bildung von Mangandioxyd (MnO2), und beim Vorsintern bei 1650° C verflüchtigt sich ein Teil des Manganoxyds und viel des restlichen Mangans. Diese beiden Vorsinterstufen bei 1300 und bei 1650° C sollten im allgemeinen je. 4 Stunden dauern, während der abschließende Sintervorgang bei 2350° C vorzugsweise 6 Stunden dauert. Das Pressen der Mischung zu einem Block geschieht vorzugsweise unter einem hydrostatischen Druck von etwa 3500 kg/cm2.The pre-sintering at 1300 ° C serves to convert manganese with residual oxygen in the mixture to form manganese dioxide (MnO 2 ), and during pre-sintering at 1650 ° C part of the manganese oxide and much of the remaining manganese evaporate. These two pre-sintering stages at 1300 and at 1650 ° C should generally depending. Last 4 hours, while the final sintering process at 2350 ° C preferably lasts 6 hours. The mixture is pressed into a block, preferably under a hydrostatic pressure of about 3500 kg / cm 2 .
Das Vorsintern bei 1300 und 1650° C wird alternativ entweder im Vakuum bei einem Druck von vorzugsweise 2 · 10"e Torr oder in strömendem Wasserstoff oder auch Intergas ausgeführt. In einer solchen Atmo-Sphäre sollte die Strömungsgeschwindigkeit des Gases ausreichend sein, um sowohl die Mangan- als auch die Manganoxyddämpfe zu entfernen, so daß ihr jeweiliger Druck im Block geringer als der normale Dampfdruck dieser Stoffe bei der Vorsintertemperatur ist.The pre-sintering at 1300 and 1650 ° C. is alternatively carried out either in a vacuum at a pressure of preferably 2 · 10 " e Torr or in flowing hydrogen or inert gas. In such an atmosphere, the flow rate of the gas should be sufficient to achieve both To remove both manganese and manganese oxide vapors so that their respective pressure in the block is lower than the normal vapor pressure of these substances at the pre-sintering temperature.
Nach den beiden Vorsinterstufen wird die Mischung bei 2350°C 6 Stunden lang unter den gleichen Atmosphären-Bedingungen wie beim Vorsintern gesintert. Während des Sinterns wird die Legierung verdichtet, und nahezu der gesamte Rest des Sauerstoffs verbindet sich mit Mangan und entweicht als Manganoxyd. Nach dem Sintern wird die Legierung auf die gewünschte Dicke gewalzt und gereinigt.After the two pre-sintering stages, the mixture is at 2350 ° C for 6 hours under the same atmospheric conditions sintered as in pre-sintering. During sintering, the alloy is compacted, and almost all of the rest of the oxygen combines with manganese and escapes as manganese oxide. After sintering, the alloy is rolled to the desired thickness and cleaned.
Emissions- und massenspektrometrische Analysen von Proben der resultierenden Legierung zeigen, daß sie 0,0001 bis 0,0035% Mangan enthält. Das ist bedeutend weniger als die Menge des ursprünglich in die Mischung eingebrachten Mangans, obgleich es mehr als der Restmangangehalt von 0,00003 bis 0,00004% ist, der in einem typischen unlegierten Wolframblock gefunden wird. Der %-Gehalt des Rheniums in der Legierung bleibt im wesentlichen unverändert gegenüber der ursprünglich in die Mischung eingebrachten Menge. Der Sauerstoffgehalt der Legierungsproben ist bedeutend niedriger als derjenige von unlegiertem Wolfram, das zwischen 0,005 und 0,01% Sauerstoff enthältEmission and mass spectrometric analyzes of samples of the resulting alloy show that it contains 0.0001 to 0.0035% manganese. That is significantly less than the amount originally Manganese introduced into the mixture, although it is more than the residual manganese content of 0.00003 to 0.00004% that is found in a typical unalloyed tungsten ingot. The% content of the Rhenium in the alloy remains essentially unchanged from that originally in the Mixture introduced amount. The oxygen content of the alloy samples is significantly lower than that of unalloyed tungsten, which contains between 0.005 and 0.01% oxygen
Die Temperaturen für den Übergang vom duktilen zum spröden Verhalten wurden bei einer Anzahl von Zusammensetzungen bestimmt, indem Proben von 25 mm Länge, 10 mm Breite und 1mm Dicke über einen Radius von der vierfachen Probendicke um einen Winkel von 105 ° bei verschiedenen Temperaturen zu biegen versucht wurden. Die minimale Temperatur, bei der die Proben nach einer geringen, aber wahrnehmbaren Biegung reißen (nicht duktil), wurde festgestellt sowie die minimale Temperatur, bei der die Proben ohne zu reißen um 105° gebogen werden (duktil).The temperatures for the transition from ductile to brittle behavior were at a number of Compositions determined by taking samples 25mm long, 10mm wide and 1mm thick across a radius of four times the sample thickness at an angle of 105 ° at different temperatures tried to bend. The minimum temperature at which the samples look low but noticeable Bending cracking (not ductile) was determined as well as the minimum temperature at which the specimens can be bent by 105 ° without cracking (ductile).
Legierungen in Blechform mit 1 mm Dicke wurden in der bereits beschriebenen Weise durch Mischen von Mangan, Rhenium und Wolfram in den in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Mengen hergestellt. Die (spröde -> duktü)-Übergangsteniperaturen, der Sauerstoffgehalt, die Zugfestigkeit und Rekristallisationstemperatür von Proben wurden bestimmt.Alloys in sheet form with a thickness of 1 mm were mixed in the manner already described made of manganese, rhenium and tungsten in the amounts given in the table below. The (brittle -> ductu) transition stencils, the oxygen content, tensile strength and recrystallization temperature of samples were determined.
gehaltoxygen
salary
(0Qbrittle— * ■ ductile
( 0 Q
(Gewichtsprozent)Base alloy (mixture)
(Weight percent)
Tabelle I (Fortsetzung)Table I (continued)
gehaltoxygen
salary
(0C)brittle - »- ductile
( 0 C)
(Gewichtsprozent)Base alloy (mixture)
(Weight percent)
Der Re-Endgehalt entsprach dem Re-Gehalt der Ausgangslegierung.The final Re content corresponded to the Re content of Base alloy.
Die vorstehenden Legierungen zeigen eine Zugfestigkeit bei 16500C von etwa 9,80 kg/mm2 und Rekristallisationstemperaturen im Bereich von 1400 bis ao 155O0C. Diese Werte sind etwas höher als diejenigen, die bei unlegiertem, nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Wolfram erhalten werden. Die Übergangstemperatur (nicht duktil) von unlegiertem Wolfram liegt bei 750C und die Temperatur, bei der Duktilität festgestellt wird, bei 8O0C.The above alloys have a tensile strength at 1650 0 C of about 9.80 kg / mm 2 and recrystallization temperatures in the range from 1400 to 155o ao 0 C. These values are slightly higher than those prepared with unalloyed tungsten obtained by the process described will. The transition temperature (not ductile) of unalloyed tungsten is 75 0 C, and the temperature is determined at the ductility at 8O 0 C.
Die emissionsspektrometrische Anlyse der Legierungen zeigte, daß der Restmangangehalt bei allen höchstens gleich 0,0035% war. Massenspektrometrische Analysen von ausgewählten Legierungen, die durch Vermengen von elementarem Mangan und Rhenium in Pulverform mit Wolfram vor dem Vorsintern erhalten wurden, zeigen, daß der Manganrückstand mit der Manganzugabe zunimmt, wie aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlich ist.The emission spectrometric analysis of the alloys showed that the residual manganese content was at most equal to 0.0035% in all of them. Mass spectrometric Analysis of selected alloys obtained by mixing elemental manganese and Rhenium in powder form with tungsten before pre-sintering show that the manganese residue increases with the addition of manganese, as shown in FIG can be seen in the table below.
Gesinterte Legierung (%) Re ISintered Alloy (%) Re I
4040
unverändert unverändert unverändert unverändertunchanged unchanged unchanged unchanged
Rest Rest Rest RestRemainder remainder remainder
Wie die Tabelle zeigt, betrug der mit dem Massenspektrometer bestimmte Gehalt der endgültigen Legierungen an Mangan 0,0001 bis 0,0013 %. Der Prozentgehalt des Rheniums in der endgültigen Legierung wurde auf ebenfalls emissionsspektroskopischem Wege als im wesentlichen unverändert gegenüber dem Wert in der ursprünglichen Mischung gefunden.As the table shows, the mass spectrometer content of the final alloys was in manganese, 0.0001 to 0.0013%. The percentage of rhenium in the final alloy was also found to be essentially unchanged compared to the value by emission spectroscopy found in the original mix.
5555
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