Рениевые сплавы

Преимущества рения по сравнению с другими тугоплавкими металлами (вольфрамом, молибденом, танталом, ниобием) по жаропрочности (до ≈ 3000 К) и низкотемпературной пластичности были выявлены еще в 1955-1965 гг. Однако из-за дефицитности, дороговизны и трудности обра­ботки (наклеп при холодной деформации и горячеломкость при деформации с подогревом) ос­новное внимание с середины 50-х и начала 90-х годов уделялось использованию рения в качестве тегирующего элемента, чему способствовало открытие уникального «рениевого эффекта»: спо­собности рения повышать одновременно прочность и низкотемпературную пластичность холод­ноломких тугоплавких металлов вольфрама и молибдена.

Наибольшее распространение получи­ли двойные и тройные сплавы с 20-35% Re, близкие к границе растворимости рения в вольфраме и молибдене, марок ВР20, BP-27, МР-47. Эти сплавы получают методами порошко­вой металлургии, сплавлением в атмосфере инертного газа или в вакууме, в виде монокристал­лов. Из них изготовляют полуфабрикаты тонких сечений (прутки, проволоку, листы, фольгу), предназначенные для изготовления миниатюрных деталей, используемых в электротехнике, электронике, специальном приборостроении и др. Некоторое количество нелегированного рения расходуется на изготовление рениевых катализаторов, а также катодов масс-спектрометров. Вследствие высокой стоимости и дефицитности рения крупногабаритные детали из высокорениевых сплавов никогда не изготавливали.

Легирование монокристаллического рения вольфрамом и молибденом снижает его пластиче­ские свойства и увеличивает сопротивление деформации, а введение этих добавок в литой рений электродуговой плавки понижает как его пластические, так и прочностные свойства, что объясняется образованием хрупкой х-фазы Твердость металла при этом увеличивается в 3,4 раза при легировании молибденом и в 3 раза при легировании вольфрамом.

В то же время легирование указанных металлов рением существенно улучшает их прочност­ные и пластические свойства. Введение диоксида тория в рений еще более резко ухудшает его свойства, а легирование щелочноземельными металлами, оказывая раскисляющее действие, приводит к повышению пластичности при холодной обработке. Деформируемость ре­ния при осадке повышается с 45-50 до 70% при введении в него 1% La; при дальнейшем повыше­нии содержания редкоземельных металлов (более 0,02%) допускаемая степень деформации рения снижается из-за выпадения по границам зерен х-фазы.

Механические свойства* и твердость рения, легированного вольфрамом и молибденом

Состав, %

Временное сопротивление разры­ву δ, МПа

Относительное удлинение δ, %

Твердость по Виккерсу НV, МПа

 

700 / 500

25/>100

1600

Re-5Mo

850/650

12/80

2500

Re-10Mo

750/ 850

2,5/6,0

3500

Re-15Mo

370 / 700

0,5 / 40

5500

Re-5W

1020/780

20/ 100

2300

Re-10W

1020/850

8,5 /60

3250

Re-15W

500/150

1,5/5

4850

* В числителе — свойства рения электродуговой плавки, в знаменателе — электроннолучевой.

В последние годы составы W-Mo-Re сплавов, в том числе с карбидным и оксидным упрочне­нием, практически не изменялись. В основном изучалось влияние микролегирования на структу­ру и свойства: активная работа по улучшению свойств ренийсодержащих сплавов велась в на­правлении оптимизации способов, их получения и режимов деформации и термической обработ­ки, обеспечивающих получение бездефектных полуфабрикатов и изделий с заданным комплек­сом свойств.

Рений и его сплавы широко используются в аэрокосмической технике, электронике, приборостроении, катализаторах и др.

Рений остается незаменимым компонентом в сплавах для изготовления термопар, катализато­ров, элементов электронной техники и др., где он используется в виде проволоки, фольги, тонко­стенных труб. Общая тенденция развития работ по сплавам рения в России и за рубежом — рас­ширение ассортимента сплавов, изыскание новых композиций с различными элементами, спла­вов с пониженным содержанием рения, а также сплавов высокой степени чистоты и с монокри- сталлической структурой. Новое направление — использование чистого рения как конструкци­онного материала.