ВМ-1 сплав

Направьте запрос по e-mail

ВОбщие сведения о молибденовом сплаве ВМ1

Сплав ВМ1 (варианты обозначения: ВМ-1, ВМ1) — деформируемый молибденовый сплав системы Mo–Ti–Zr, предназначенный для работы при высоких температурах в вакууме и инертных средах. Основу сплава составляет молибден — тугоплавкий переходный металл с температурой плавления 2620 °С. Легирование малыми добавками титана и циркония повышает жаропрочность и температуру рекристаллизации по сравнению с нелегированным молибденом, при этом сплав сохраняет высокую теплопроводность и электропроводность, характерные для молибденовой основы.

Сплав ВМ1 нормируется по ОСТ 1 90022-71 (химический состав и общие требования) и ТУ 48-19-389-84 (состав слитков-заготовок после электронно-лучевой и вакуумно-дуговой выплавки). Прессованные прутки из ВМ1 выпускаются по ОСТ 1-92027-73. Контроль примесного состава выполняется спектральными методами по ГОСТ 14316-91.

По типу легирования ВМ1 относится к той же группе, что и сплав ЦМ-2А (Mo–Ti–Zr), однако эти марки различаются допускаемыми диапазонами содержания титана и циркония, а также нормативной базой.

Химический состав сплава ВМ1

Химический состав ВМ1 регламентируется двумя основными документами. По ОСТ 1 90022-71 указан полный перечень элементов с допусками на примеси. По ТУ 48-19-389-84 приведён состав для слитков-заготовок, полученных переплавом слитков-электродов электронно-лучевой выплавки в вакуумной дуговой печи.

Состав по ОСТ 1 90022-71

Элемент	Содержание, % масс.
Mo (молибден)	Основа
Ti (титан)	0,03–0,15
Zr (цирконий)	0,08–0,18
C (углерод)	0,005–0,025
W (вольфрам)	≤ 0,6
Fe (железо)	≤ 0,025
Si (кремний)	≤ 0,01
Ni (никель)	≤ 0,01
Al (алюминий)	≤ 0,01
Mg (магний)	≤ 0,01
O (кислород)	≤ 0,002

По ТУ 48-19-389-84 для слитков-заготовок нормируются: Mo ≥ 99,95 %, Ti 0,03–0,15 %, Zr 0,08–0,18 %, C 0,005–0,025 %.

Роль легирующих элементов

Титан и цирконий образуют с молибденом непрерывные твёрдые растворы замещения. Микродобавки этих элементов связывают растворённые в молибдене примеси кислорода, азота и углерода в дисперсные карбидные и оксидные фазы, что повышает температуру рекристаллизации сплава и сопротивление ползучести при высоких температурах. Титан дополнительно повышает прочность сплава при изгибе в условиях нагрева.

Углерод в указанном диапазоне (0,005–0,025 %) участвует в формировании мелкодисперсных карбидов титана и циркония (TiC, ZrC), обеспечивающих дисперсионное упрочнение. Контроль содержания кислорода (≤ 0,002 %) критически важен, так как превышение этого предела приводит к охрупчиванию по границам зёрен.

Физические свойства сплава ВМ1

Физические характеристики сплава ВМ1 определяются прежде всего молибденовой основой. Малые добавки Ti и Zr практически не изменяют плотность и теплопроводность по сравнению с чистым молибденом, но заметно влияют на механические свойства.

Параметр	Значение	Примечание
Плотность	10 200 кг/м³ (10,2 г/см³)	При 20 °С
Модуль нормальной упругости	330 ГПа	При 20 °С
Температура плавления	~2620 °С	Определяется молибденовой основой

Для справки: теплопроводность чистого молибдена при 20 °С составляет около 139–147 Вт/(м·К), удельное электрическое сопротивление — 5,2·10⁻⁸ Ом·м (0,052 Ом·мм²/м), коэффициент термического линейного расширения (КТЛР) в диапазоне 25–700 °С — (5,8–6,2)·10⁻⁶ К⁻¹. Значения для сплава ВМ1 близки к этим величинам.

Механические характеристики прессованных прутков ВМ1

Механические свойства прутков из сплава ВМ1 регламентируются ОСТ 1-92027-73. Характеристики зависят от диаметра сечения и состояния поставки (без термообработки или после отжига).

Прутки без термообработки

Сечение, мм	Предел прочности σВ, МПа, не менее	Относительное удлинение δ, %, не менее
20–35	635	10
35–50	590	6
50–80	540	6
80–120	540	4

Прутки после отжига

Сечение, мм	Предел прочности σВ, МПа, не менее	Относительное удлинение δ, %, не менее
20–35	540	15
35–50	540	10
50–80	490	10
80–120	490	8

Как видно из таблиц, отжиг снижает предел прочности, но существенно повышает пластичность — относительное удлинение возрастает в 1,5–2 раза. Это важно учитывать при выборе режима обработки заготовок. Следует отметить, что ВМ1 характеризуется как сплав с невысокими пластическими свойствами по сравнению с чистым молибденом марки МЧ.

При температурах выше 1200 °С прочность сплава заметно снижается — этот фактор критичен при проектировании высокотемпературного оборудования.

Коррозионная стойкость и химическая устойчивость

Молибден и его сплавы, включая ВМ1, обладают высокой коррозионной стойкостью в ряде агрессивных сред при умеренных температурах. Сплав устойчив в разбавленных растворах серной и соляной кислот. Молибден слабо реагирует с этими кислотами даже при нагреве до 80–100 °С.

Вместе с тем необходимо учитывать ограничения:

• Азотная кислота и царская водка медленно растворяют молибден при комнатной температуре и быстрее — при нагреве.
• На воздухе при температуре выше 400 °С начинается окисление (появляются цвета побежалости). При 600 °С и выше происходит интенсивное окисление с образованием летучего триоксида MoO₃.
• Пары воды при температурах выше 700 °С окисляют молибден до MoO₂.

По этой причине эксплуатация изделий из ВМ1 при высоких температурах допускается только в вакууме, инертных газах (аргон, гелий) или восстановительных атмосферах (водород). Работа на воздухе ограничена температурами до 350–400 °С.

Применение сплава ВМ1 в промышленности

Сочетание жаропрочности, тугоплавкости и коррозионной стойкости определяет области применения сплава ВМ1.

Высокотемпературное оборудование

Основное назначение — детали вакуумных высокотемпературных печей: нагревательные элементы, тепловые экраны, поддоны, оснастка рабочей зоны. Высокая теплопроводность молибденовой основы обеспечивает равномерный нагрев, а легирование Ti и Zr повышает ресурс деталей за счёт увеличения температуры рекристаллизации.

Авиационная и ракетно-космическая техника

Сплав применяется для деталей авиастроения, работающих при высоких температурах. ВМ1 используется при производстве элементов конструкций, испытывающих высокотемпературные нагрузки в условиях вакуума или защитной атмосферы.

Электротехника и электроника

Из сплава ВМ1 изготавливают электроконтакты, переключатели и выключатели телефонных реле, элементы ламп накаливания, контакты и тоководы в ртутных выключателях. Высокая электропроводность и стойкость к электроэрозии обеспечивают длительный ресурс контактных элементов.

Металлургическая оснастка

Сплав ВМ1 применяется для насадок литья под давлением и непрерывного литья алюминия, латуни, серого чугуна и стали. Тугоплавкость и химическая инертность к расплавам этих металлов обеспечивают длительную эксплуатацию литейной оснастки.

Ядерная энергетика

Коллекторы излучателя и электроды термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) больших ядерных энергетических установок, а также эмиттеры и другие детали ТЭП. Молибденовые сплавы устойчивы к радиационному воздействию и могут работать при контакте с жидкими щелочными металлами-теплоносителями (натрий, литий).

Формы поставки молибденового сплава ВМ1

Основная форма выпуска ВМ1 — прессованные прутки круглого сечения диаметром от 20 до 120 мм. Прутки поставляются в двух состояниях: без термообработки и после отжига. Механические свойства гарантируются для обоих состояний в соответствии с ОСТ 1-92027-73.

Кроме того, по ТУ 48-19-389-84 выпускаются слитки-заготовки диаметрами 97 и 91 мм, полученные переплавом слитков-электродов электронно-лучевой выплавки в вакуумной дуговой печи. Эти заготовки предназначены для дальнейшего изготовления деталей специального назначения.

По ТУ 14-1-4198-87, ТУ 14-1-4199-87 и ТУ 14-1-4200-87 сплав ВМ1 поставляется также в виде твердосплавных и металлокерамических изделий. По ТУ 48-19-251-85 выпускаются трубы из сплава ВМ1.

Нормативная документация на сплав ВМ1

Документ	Область применения
ОСТ 1 90022-71	Химический состав, общие требования к сплавам цветных и редких металлов
ОСТ 1-92027-73	Прутки прессованные — технические требования, механические свойства
ТУ 48-19-389-84	Слитки-заготовки из ВМ1 (электронно-лучевая + вакуумно-дуговая выплавка)
ТУ 48-19-251-85	Трубы из сплава ВМ1
ТУ 14-1-4198-87	Металлокерамические изделия
ТУ 14-1-4199-87	Металлокерамические изделия
ТУ 14-1-4200-87	Металлокерамические изделия
ГОСТ 14316-91	Молибден — методы спектрального анализа (контроль примесного состава)

Особенности обработки и технологические рекомендации

Обработка давлением

Молибденовые сплавы, в том числе ВМ1, обрабатываются давлением при нагреве. Деформацию выполняют при температурах 900–1300 °С в защитной атмосфере или вакууме. При холодной обработке пластичность сплава резко снижается, что может привести к образованию трещин. Перед штамповкой или ковкой рекомендуется предварительный отжиг заготовок.

Механическая обработка

Резание, сверление и фрезерование деталей из ВМ1 выполняются твердосплавным инструментом с применением СОЖ. Молибденовые сплавы склонны к наклёпу, поэтому рекомендуются малые подачи и средние скорости резания. При чрезмерном нагреве в зоне резания возможно появление микротрещин.

Сварка

Сварка сплава ВМ1 выполняется электронно-лучевым или аргонодуговым методом в вакууме или инертной атмосфере. Сварные соединения молибденовых сплавов склонны к охрупчиванию по зоне термического влияния. Для повышения качества швов рекомендуется послесварочный вакуумный отжиг.

Сравнение сплава ВМ1 с нелегированным молибденом МЧ

Для понимания преимуществ легированного сплава ВМ1 полезно сопоставить его с чистым молибденом марки МЧ (содержание Mo ≥ 99,96 %).

Параметр	ВМ1	МЧ
Легирование	Ti + Zr	Нет (чистый Mo)
Температура рекристаллизации	Повышена за счёт легирования	Ниже
Жаропрочность	Выше при T > 800 °С	Стандартная
Пластичность	Невысокая	Выше
Область применения	Нагруженные высокотемпературные детали	Электровакуумные приборы, проволока

Легирование титаном и цирконием позволяет ВМ1 сохранять рабочие характеристики при более высоких температурах, чем МЧ, что делает его предпочтительным для оснастки вакуумных печей и деталей авиационно-космического назначения.

Условия хранения и транспортировки

Прутки и заготовки из сплава ВМ1 хранят в закрытых складских помещениях, защищённых от влаги и агрессивных паров. Молибденовые сплавы не подвержены атмосферной коррозии при нормальных условиях, однако контакт с кислотами, щелочами и хлорсодержащими средами должен быть исключён. При длительном хранении поверхность прутков рекомендуется обрабатывать консервационным составом. Транспортировка осуществляется в деревянной таре или упаковочной бумаге, исключающей механические повреждения поверхности.