» » Механические свойства ванадия
04.02.2015

Ковкий ванадий в количествах, достаточных для исследования механических свойств металла и сплавов на его основе, начали получать лишь в последние годы. Поэтому по механическим свойствам этих материалов накоплено еще сравнительно мало данных.
Механические свойства ванадия сильно зависят от степени его чистоты, особенно по содержанию элементов, образующих в твердом металле растворы по типу внедрения. К числу элементов, растворяющихся в решетке ванадия подобным образом, относятся обычно сопутствующие ему в процессах получения углерод, кислород, азот и водород. Степень влияния этих элементов неодинакова. Результаты последних исследований указывают, что на повышение твердости и охрупчивание ванадия углерод влияет значительно слабее, чем азот, кислород и водород. Хрупкость, вызываемая водородом, легко устраняется путем выдержки металла в вакууме при температуре 300—400°. Поэтому для получения деформируемого металла, обладающего ковкостью при комнатной температуре, необходимо уделять главное внимание снижению содержания в нем кислорода и азота. Допустимые пределы содержания этих элементов в настоящее время еще точно не установлены. Ориентировочно их можно оценить равными 0,03% для азота и 0,10% для кислорода. По углероду допустимый предел лежит значительно выше. По данным исследования, повышение содержания углерода до 0,5%, наоборот, оказывает положительное влияние на ковкость металла. Это связывают с тем, что присутствие углерода способствует как снижению концентрации в металле азота и кислорода, наиболее сильно влияющих на снижение пластичности и охрупчивание металла, так и измельчению структуры литого металла. Следует однако отметить, что вопрос о влиянии углерода на деформируемость и пластичность ванадия еще нуждается в тщательной экспериментальной проверке.
Механические свойства ванадия

В настоящее время наиболее высокой степенью чистоты обладает ванадий, получаемый йодидным методом. Такой металл, содержащий 0,012—0,015% О, 0,005% Н, 0,0007—0,008% N после холодной прокатки со степенью деформации 90% и последующего отжига в течение часа при 800° имеет следующие механические свойства:
Механические свойства ванадия

Практическое применение за рубежом в настоящее время имеет ковкий ванадий, получаемый методом кальцийтермического восстановления окислов в герметически замкнутой бомбе. Составы такого металла приведены в табл. 8.
Механические свойства кальцийтермического ванадия представлены в табл. 9.
Механические свойства ванадия

В работе отмечается, что несмотря на низкие значения относительного удлинения и сужения площади поперечного сечения, образцы горячекованого отожженного ванадия допускали холодную прокатку со степенью деформации до 90% без промежуточного отжига. Металл после холодной деформации характеризуется высоким абсолютным значением пределов текучести и прочности, а также весьма высоким значением отношения σS/σB. Соответствующие данные воспроизведены на рис. 3.
Механические свойства ванадия

В настоящее время успешно разрабатывается метод получения ковкого ванадия путем восстановления трехокиси ванадия углеродом в вакууме при температурах ниже температуры плавления металла. Этот металл, при содержании 0,36%С, 0,07%0, 0,032% N, имеет в литом состоянии твердость Rb 65—70 и в горячекованом состоянии следующие значения механических свойств:
Механические свойства ванадия

Горячекованый металл допускает холодную прокатку без промежуточных отжигов со степенью деформации 92%. Его твердость возрастает при этом до Rb 95—96. Повышение содержания углерода до 0,5%, не ухудшая механических свойств, способствует улучшению деформируемости металла.
М. С. Макуниным были исследованы механические свойства ванадия, полученного также методом углетермического восстановления трехокиси ванадия в вакууме, трубчатые брикеты которого содержали после окончания процесса восстановления: 0,11%С; 0,031%O и 0,034%N.
Из брикетов на стыковой сварочной машине со специальной вакуумной рабочей камерой был изготовлен расходуемый электрод, переплавленный затем на слиток в вакуумной дуговой печи. Литой металл содержал 0,07% С; 0,016% О; 0,038% N. Твердость металла в слитке составляла Rb 78, а в результате отжига в вакууме при 1100° в течение 4 час. понизилась до Rb 67. Изменений в структуре литого металла в результате отжига не наблюдалось. Уменьшение твердости очевидно объясняется снятием внутренних напряжений, появившихся в слитке вследствие быстрого охлаждения металла в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе. После отжига слиток был прокован на круг диаметром 11 млм. Нагрев металла под ковку производился в электрической печи сопротивления без защитной атмосферы. Продолжительность нагрева до 800° составляла 30 мин В процессе ковки производилось несколько промежуточных подогревов. Горячая ковка была закончена при достижении степени деформации, равной 68,5%, Твердость горячекованого металла оказалась равной Rb 85.
В процессе нагревов и ковки поверхность металла была по крыта пленкой жидкой пятиокиси ванадия, однако, как видно из рис.4, повышение содержания кислорода и азота, вызывающее возрастание твердости ванадия, могло иметь место только в поверхностном слое толщиной не более 0,2 мм. Следует отметить, что изменение твердости по глубине образца, приведенное на рис. 4, относится к металлу, общее время взаимодействия поверхности которого с атмосферой при тeмпepaтype ковки 800° составляло 1,5 часа. Это указывает на возможность нагрева и горячего деформирования ванадия без принятия специальных мер по защите поверхности металла от воздействия атмосферы.
Механические свойства ванадия

Из горячекованых прутков диаметром 11 мм были изготовлены разрывные образцы (тип КРД-3), Часть прутков была прокатана при комнатной температуре с целью изготовления образцов для испытания на сопротивление коррозии. Холодная прокатка производилась до степени обжатия, равной 87% без промежуточных отжигов. На рис. 5 показано изменение твердости металла в зависимости от степени холодной деформации. Как видно из этих данных, металл наклепывается весьма слабо.
Механические испытания были проведены на горячекованых образцах и на образцах, отожженных в вакууме при 1000° в течение 4 часа. Результаты испытаний представлены в табл. 10.
Механические свойства ванадия

Как видно из этих данных, достаточно высокие свойства прочности горячекованого металла сочетаются с высокими значениями свойств пластичности. Особенно обращает на себя внимание высокое значение отношения предела текучести к пределу прочности в образце горячекованого металла.
Высокая пластичность металла и малая склонность к наклепу позволяет достигать при деформировании в холодном состоянии весьма больших степеней обжатия. Пластинка холоднокатаного ванадия толщиной 1,1 мм была прокатана без промежуточных отжигов на фольгу толщиной 1,2-1,5 μ.