DE1558787B2 - Process for the heat treatment of tungsten alloys - Google Patents
Process for the heat treatment of tungsten alloysInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur O bis 10% Molybdän, 0 bis 2% Tantal, 0 bis 1% Wärmebehandlung von Kohlenstoff enthaltenden Niob, 0 bis 0,51Vo Zirkonium, einzeln oder zu meh-WoIframiegierungen zwecks Verbesserung der Warm- reren, in einer Gesamtmenge bis zu 10'%, Rest verformbarkeit, insbesondere im Gußzustand. Wolfram, zwecks Verbesserung der Warmverform-The invention relates to a process for 0 to 10% molybdenum, 0 to 2% tantalum, 0 to 1% heat treatment of carbon-containing niobium, 0 to 0.5 1 Vo of zirconium, individually or in multiple WoIframiegierungen for the purpose of improving the hot reren, in a total amount of up to 10%, residual deformability, especially in the as-cast state. Tungsten, in order to improve the hot forming
Wolframlegierungen finden im allgemeinen dort 5 barkeit. Das Neue der Erfindung besteht darin, daß Anwendung, wo der hohe Schmelzpunkt des Wolf- die Legierung mindestens 10 Minuten auf 1700 bis rams von Nutzen gemacht ist. Teile aus diesem Me- 1900° C, vorzugsweise 1800° C, erhitzt und dann tall, wie beispielsweise Raketendüsen, sind bisher mit einer konstanten Geschwindigkeit im Verlauf durch Verfahren bearbeitet worden, welche nicht sehr von einer Stunde oder einer kürzeren Zeit, vorzugsbefriedigend sind. Das Herstellen von Düsen durch io weise mit einer Geschwindigkeit von 8° C pro Mi-Gießen direkt ist ein schwieriges und langwieriges nute, auf 900° C abgekühlt wird, wobei das Erhitzen Verfahren. Es kommt noch hinzu, daß · gegossenes und Abkühlen in einer nichtoxydierbaren Atmo-WoIfram sehr brüchig ist und sich schwer verarbeiten Sphäre erfolgen.Tungsten alloys are generally available there. The novelty of the invention is that Application where the high melting point of the Wolf- the alloy at least 10 minutes to 1700 up rams is made of use. Parts of this Me- 1900 ° C, preferably 1800 ° C, heated and then tall, such as rocket nozzles, have so far been moving at a constant speed processed by procedures which are not very much an hour or less, preferably satisfactory are. The production of nozzles by io wise at a speed of 8 ° C per Mi pouring direct is a difficult and lengthy ute, cooling to 900 ° C, with heating Procedure. There is also the fact that it is poured and cooled in a non-oxidizable atmosphere is very brittle and difficult to process sphere.
läßt. · ; Der übliche Kohlenstoffgehalt der Legierungenleaves. ·; The usual carbon content of the alloys
Die Duktilität der Werkstücke wird verbessert, 15 liegt bei 0,01 bis 0,05 %. Die erfindungsgemäß zu bewenn das Gußgefüge des Wolframs zerstört wird, und handelnde binäre Wolfram-Kohlenstoff-Legierung das Pressen hat sich bisher als die einzig zuverläs- wird durch den Zusatz von einem oder mehreren der sige Verarbeitungsmethode herausgestellt. Die hierbei weiteren vorstehend genannten Legierungsbestandentstehenden Produkte sind jedoch lange dünne teilen weiter verfestigt und kann daher bei sehr hohen Stangen, welche ungeeignet sind, um zu Blechen ge- 20 Arbeitstemperaturen eingesetzt werden, beispielsweise walzt oder geschmiedet werden zu können. in Raketendüsen, wenn sehr wirksame AntriebsmittelThe ductility of the workpieces is improved, 15 is 0.01 to 0.05%. To prove according to the invention the cast structure of the tungsten is destroyed, and trading binary tungsten-carbon alloy The pressing has so far proven to be the only reliable one by the addition of one or more of the sige processing method exposed. The other alloy constituents mentioned above that arise in the process However, products are further solidified in long thin parts and can therefore be used at very high levels Rods which are unsuitable for working temperatures of sheet metal are used, for example to be rolled or forged. in rocket nozzles when very effective propulsion means
Eine Schmiedebehandlung ist jedoch der am besten verwendet werden und die Beanspruchung besonders geeignete Verarbeitungsprozeß zur Herstellung von hoch ist.A forging treatment, however, is the best to use and the most stressful suitable processing process for the production of high.
Rohblechen aus Gußrohlingen zum Walzen und zur Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung wirdRaw sheets from cast blanks for rolling and for The heat treatment according to the invention is
Herstellung von kompliziert geformten Gegenständen, 25 vorzugsweise in einem Vakuum durchgeführt, und wie beispielsweise Raketendüsen. Gegossenes reines zwar sowohl die Erwärmung als auch das Abkühlen. Wolfram kann bei Temperaturen unter 17000C nicht Bei der Behandlungstemperatur würde eine sehr befriedigend geschmiedet werden, jedoch durch den rasche Oxydation auftreten, und demgemäß muß der Zusatz von geringen Mengen Kohlenstoff wird die Sauerstoff hierbei ausgeschlossen werden. Eine ge-Schmiedbarkeit des Wolframs so weit verbessert, daß 30 ringe Oxydation ist jedoch zulässig, eine Schmiedebehandlung bei wesentlich niedrigeren Die bevorzugte Glühbehandlung wird 30 MinutenManufacture of intricately shaped objects, preferably carried out in a vacuum, and such as rocket nozzles. Poured pure though both the heating and the cooling. Tungsten cannot be forged at temperatures below 1700 ° C. At the treatment temperature, forging would be very satisfactory, but rapid oxidation would occur, and accordingly the addition of small amounts of carbon would have to exclude oxygen. The forgeability of the tungsten has been improved to such an extent that oxidation is permitted, however, a forging treatment at significantly lower rates. The preferred annealing treatment is 30 minutes
Temperaturen durchgeführt werden kann. Bei der lang bei 1800° C durchgeführt, und die bevorzugte optimalen Zusammensetzung, d.h. bei einem Kohlen- Abkühlungsgeschwindigkeit hegt bei 80C pro Mistoffgehalt von 0,03 Gewichtsprozent kann Wolfram nute. Unter 900° C ist die jeweilige Abkühlungsbei einer Temperatur von 900° C geschmiedet wer- 35 geschwindigkeit unwichtig, da Kohlenstoff unterhalb den. Obwohl dies eine bemerkenswerte Verbesserung der angegebenen Temperatur nicht gut diffundiert, ist, bestehen hierbei jedoch folgende Nachteile: Der Erfolg der Behandlung hängt im wesentlichenTemperatures can be carried out. Carried out at the at 1800 ° C, and the preferred optimum composition, ie, at a cooling rate of carbon harbors at 8 0 C per Mistoffgehalt of 0.03 percent by weight of tungsten can nute. Below 900 ° C the respective cooling rate at a temperature of 900 ° C is unimportant, since carbon is below the. Although this is a remarkable improvement in the stated temperature and does not diffuse well, it has the following disadvantages: The success of the treatment depends essentially on it
(a) Der Zusatz von 0,03 % Kohlenstoff zu Wolfram von der Abkühlungsgeschwindigkeit ab, da, wie noch verringert den Schmelzpunkt desselben von näher ausgeführt werden wird, anzunehmen ist, daß 3400° C auf etwa 2800° C. Bei Verwendung 40 die Teilchengröße der Carbide für die Schmiedbarder Produkte bei sehr hohen Temperaturen, wie keit der Legierung sehr wesentlich ist. Wenn eine zu sie bei Raketen unter Einsatz von sehr wirk- . hohe Abkühlungsgeschwindigkeit angewendet wird, samen Treibmitteln auftreten, kann daher ein so wird eine große Anzahl von feinen Teilchen ausschmelzen der betreffenden Werkstücke ein- geschieden, itnd dies ist unerwünscht, und eine sehr treten. . ·. ,45 geringe Abkühlungsgeschwindigkeit ist unwirtschaft-(a) The addition of 0.03% carbon to tungsten depends on the cooling rate, since, as yet decreases the melting point of the same as will be presumed to be 3400 ° C to about 2800 ° C. When using 40 the particle size of the carbides for the blacksmith Products at very high temperatures, as speed of the alloy is very essential. If one to they are very effective when using missiles. high cooling rate is used, seeds occur, so a large number of fine particles will melt out of the workpieces in question, itnd this is undesirable, and very much step. . ·. , 45 slow cooling speed is uneconomical
(b) Der Kohlenstoffbereich, innerhalb dessen Wolf- Hch. Es wurde gefunden, · daß eine Zeitdauer von ramiegierungen bei der bevorzugten Schmiede- einer Stunde die höchste Abkühlungsgeschwindigkeit temperatur von 1100° C schmiedbar sind, ist ist, bei der die gewünschte Verbesserung erzielt wird, ziemlich eng, und er beträgt 0,015 bis 0,04%. Die Verbesserung der Schmiedbarkeit, welche Wegen der unterschiedlichen Kohlenstoffver- 50 durch diese Behandlung erreicht wird, ist offenbar luste, welche beim Schmelzen auftreten, kann es auf das Vorhandensein einer Dispersion von Carbiunteir Umständen nicht möglich sein, diieZusam- den von einer Teilchengröße zurückzuführen, welche mensetzung der Rohlinge bei der Herstellung zu einer günstigeren Verteilung und Beweglichkeit derselben innerhalb dieser engen Grenzen zu von Versetzungen führen. Verhältnismäßig große halten, und .infolgedessen kann die Schmiedbar- 55 Teilchen von Wolframcarbid (1 bis 2 μ), die viele keit nachteilig beeinflußt werden. Versetzungen zur.Folge haben, die möglicherweise(b) The carbon range within which Wolf- Hch. It was found that · that a period of ramiegierungen with the preferred forge - one hour the highest cooling rate temperature of 1100 ° C are malleable, is at which the desired improvement is achieved, quite tight, and it is 0.015-0.04%. Improving forgeability, which Because of the different carbon reduction achieved by this treatment, it is evident Losses that occur during melting can be due to the presence of a dispersion of Carbiunteir In some circumstances it may not be possible to reduce the combination of a particle size which Composition of the blanks during production for a more favorable distribution and mobility which lead to dislocations within these narrow limits. Relatively large hold, and. as a result, the malleable 55 particles of tungsten carbide (1 to 2 μ), which many can be adversely affected. Relocations that may result
Es ist bekannt, daß Wolframlegierungen neben durch Unterschiede hinsichtlich der Wärmekontrak-Kohlenstoff noch gewisse Mengen an Molybdän, tion zwischen Wolfram und Wolframcarbid entstehen, Tantal und Niob enthalten können und daß durch sind offenbar verantwortlich für die bessere Schmieddiese Legierungszusätze die Eigenschaften der Wolf- 60 barkeit. Kleine Teilchen von weniger als 0,1 μ bilden ramiegierungen in noch zu beschreibender Weise ver- sich häufig bei den Versetzungen und verhindern bessert werden können. deren Bewegung, so daß hierdurch ein großer Wider-It is known that tungsten alloys in addition to due to differences in thermal contra-carbon Certain amounts of molybdenum still arise between tungsten and tungsten carbide, Tantalum and niobium can contain and that are apparently responsible for the better blacksmiths Alloy additives reduce the properties of 60 minability. Form small particles less than 0.1μ Ramiegations in a manner to be described often get lost in the dislocations and prevent them can be improved. their movement, so that a great resistance
Es wurde nun gefunden, daß die Schmiedbarkeit stand gegenüber Verformung auftritt, von Wolframlegierungen durch eine entsprechende Die Wirkung der Wärmebehandlung gemäß derIt has now been found that the forgeability faced deformation occurs of tungsten alloys by a corresponding The effect of the heat treatment according to the
Wärmebehandlung verbessert werden kann. 65 Erfindung besteht offenbar darin, daß die EntstehungHeat treatment can be improved. 65 Invention apparently consists in the emergence
Die Erfindung betrifft also ein Verfahren zur der feinen Teilchen verhindert wird, indem diese in Wärmebehandlung einer Wolframlegierung, bestehend Lösung gebracht werden und der Kohlenstoff in gro- ' aus 0,006 bis 0,07% Kohlenstoff und gegebenenfalls ßen Teilchen wieder ausgefällt wird. In diesem FalleThe invention thus relates to a method for preventing the fine particles by converting them into Heat treatment of a tungsten alloy consisting of a solution and the carbon in large ' is reprecipitated from 0.006 to 0.07% carbon and optionally small particles. In this case
sind die Versetzungen nicht mehr blockiert und können sich daher freier bewegen.the dislocations are no longer blocked and can therefore move more freely.
In der französischen Patentschrift 1 369 196 ist bereits ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Wolframlegierungen beschrieben, welche 0,05 % Kohlenstoff oder mehr enthalten, und zwar erfolgt die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1370 bis 2185° C mit einer anschließenden Alterungsbehandlung bei 980 bis 1538° C. Zweck dieser Behandlung ist die Ausscheidung von feinen Kohlen-Stoffteilchen, die jedoch, wie oben ausgeführt wurde, für die weitere Verformung der Wolframlegierungen ungeeignet sind. Der Zweck des vorliegenden Verfahrens ist der, die Bildung femer Abscheidungen von Kohlenstoff oder Karbid zu verhindern.In the French patent 1 369 196 a method for the heat treatment of tungsten alloys is already described which contain 0.05% carbon or more, namely the Heat treatment at a temperature of 1370 to 2185 ° C with a subsequent aging treatment at 980 to 1538 ° C. Purpose of this treatment is the precipitation of fine carbon particles, which, however, as explained above, are unsuitable for further deformation of the tungsten alloys. The purpose of the present proceedings is to prevent the formation of further deposits of carbon or carbide.
Der Erfindungsgegenstand ist an Hand der Zeichnung näher erläutert, welche eine Diagramm darstellt, aus der die Schmiedbarkeit von Wolframlegierungen mit verschiedenen Kohlenstoffgehalten bei verschiedenen Temperaturen ersichtlich ist.The subject of the invention is explained in more detail with reference to the drawing, which shows a diagram, from which the forgeability of tungsten alloys with different carbon contents at different Temperatures can be seen.
Der Einfluß der Wärmebehandlung auf die Schmiedbarkeit von Wolfram-Kohlenstoff-Legierungen ergibt sich aus der Zeichnung, wobei die Kurven die unteren Temperaturgrenzen mit Bezug auf den Kohlenstoffgehalt erkennen lassen, bei der Schmiedebehandlungen durchgeführt werden können. Die obere Kurve zeigt die Schmiedbarkeit von gegossenen Legierungen und die untere Kurve diejenige von Legierungen, welche gemäß der Erfindung einer Wärmebehandlung unterworfen worden sind. Legierungen, die bei Temperaturen oberhalb der entsprechenden Kurve geschmiedet werden, sind fehlerfrei und solche, die unterhalb derselben geschmiedet werden, sind brüchig.The influence of heat treatment on the forgeability of tungsten-carbon alloys results from the drawing, the curves showing the lower temperature limits with reference to the Reveal carbon content at which forging treatments can be carried out. the upper curve shows the forgeability of cast alloys and the lower curve that of Alloys which have been subjected to a heat treatment according to the invention. Alloys, that are forged at temperatures above the corresponding curve are free of defects and those that are forged beneath it are brittle.
Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, wird eine 0,02 % Kohlenstoff enthaltende Legierung beim Schmieden bei einer Temperatur von 600° C brechen, gleichgültig, ob sie wärmebehandelt oder gegossen ist. Wenn eine Wärmebehandlung stattgefunden hat, so läßt sich eine solche Legierung, ohne zu brechen, schmieden bei einer Temperatur von 800° C, jedoch würde eine entsprechende gegossene Legierung bei 800° C brechen. Bei einer Temperatur von 1200° C läßt die Legierung sich auch im Gußzustand befriedigend schmieden.As can be seen from the diagram, an alloy containing 0.02% carbon is used in Forging will break at a temperature of 600 ° C, regardless of whether it is heat treated or cast. If a heat treatment has taken place, such an alloy can be, without breaking, forge at a temperature of 800 ° C, but a corresponding cast alloy would be used Break 800 ° C. At a temperature of 1200 ° C., the alloy can also be satisfactorily cast in the as-cast state forge.
Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß die untere Kurve einen fast linearen Verlauf aufweist, der sich von einem Kohlenstoffgehalt von 0,005 bis 0,04% Kohlenstoff erstreckt, wobei eine minimale Schmiedetemperatur von etwa 700° C vorliegt. Bei einem Kohlenstoffgehalt über 0,04 % steigt die Kurve wieder an, und obwohl der genaue Verlauf derselben nicht festgestellt wurde, besteht Grund dafür, anzunehmen, daß die Grenze der Schmiedbarkeit bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,07% bei etwa 1100° C liegt. Bei niedrigeren Kohlenstoffgehalten steigt die Kurve sehr steil an, und unter einem Kohlenstoffgehalt von 0,005 % wird die Legierung rasch nur bei sehr hohen Temperaturen schmiedbar. Der Kohlenstoffbereich, oberhalb dessen die gemäß der Erfindung behandelten Legierungen bei Temperaturen unter 1100° C geschmiedet werden können, beträgt 0,006 bis 0,07%, wodurch der bisher bekannte und als zulässig erachtete Bereich von 0,015 bis 0,04% ohne Wärmebehandlung um einen Faktor von etwa 2,6 ausgedehnt wird. Änderungen im Kohlenstoffgehalt sind also weniger ernsthaft.From the diagram it can be seen that the lower curve has an almost linear course, which becomes ranging from a carbon content of 0.005 to 0.04% carbon, with a minimum forging temperature of about 700 ° C is present. If the carbon content exceeds 0.04%, the curve rises again and although the exact course of these has not been established, there is reason to assume that the limit of forgeability at a carbon content of 0.07% is around 1100 ° C. at lower carbon contents the curve rises very steeply, and below a carbon content of 0.005%, the alloy quickly becomes malleable only at very high temperatures. The carbon area, above which the alloys treated according to the invention are forged at temperatures below 1100 ° C can be, is 0.006 to 0.07%, whereby the previously known and considered to be permissible Range from 0.015 to 0.04% without heat treatment extended by a factor of about 2.6 will. So changes in carbon are less serious.
Kohlenstoffgehalte über 0,04% werden bei Anwendungszwecken bei hohen Temperaturen, beispielsweise als Raketendüsen, nicht benötigt, da durch den erhöhten Kohlenstoffgehalt der Schmelzpunkt verringert wird. Durch die Wärmebehandlung gemäß der Erfindung ist es möglich, Legierungen mit einem sehr geringen Kohlenstoffgehalt und demgemäß einem sehr hohen Schmelzpunkt bei Temperaturen von etwa 800° C schmieden zu können.Carbon contents above 0.04% are used in applications at high temperatures, for example as rocket nozzles, not required because the melting point is due to the increased carbon content is decreased. The heat treatment according to the invention makes it possible to use alloys with a very low carbon content and accordingly a very high melting point at temperatures to be able to forge from about 800 ° C.
Durch die erfindungsgemäße Wärmebehandlung ist es also möglich, Gegenstände aus einer Wolframlegierung mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,006 bis 0,07%, beispielsweise Raketendüsen, dadurch herzustellen, daß das Werkstück zu der gewünschten Form bei einer Temperatur von etwa 1100° C ausgeschmiedet werden kann.The heat treatment according to the invention therefore makes it possible to produce objects made of a tungsten alloy with a carbon content of 0.006 to 0.07%, for example rocket nozzles, thereby producing that the workpiece is forged into the desired shape at a temperature of about 1100 ° C can be.
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| DE102005021982A1 (en) * | 2005-05-12 | 2006-11-16 | Rheinmetall Waffe Munition Gmbh | Process for the preparation of a penetrator |
| DE102005021982B4 (en) * | 2005-05-12 | 2007-04-05 | Rheinmetall Waffe Munition Gmbh | Process for the preparation of a penetrator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AT275172B (en) | 1969-10-10 |
| GB1167134A (en) | 1969-10-15 |
| US3573998A (en) | 1971-04-06 |
| DE1558787A1 (en) | 1971-01-07 |
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