Порошковая лигатура хром-тантал-вольфрам ХТа32В9

Порошковая лигатура хром-тантал-вольфрам ХТа32В9 — сплав хрома с 32,3 % тантала и 8,6 % вольфрама (по массе) в виде порошка крупностью менее 250 мкм. Она позволяет ввести в расплав одновременно два самых тугоплавких легирующих элемента — тантал (3017 °C) и вольфрам (3422 °C), — а сама начинает плавиться около 1760–1780 °C, даже ниже чистого хрома. Применяется как шихтовый материал при вакуумной плавке жаропрочных и специальных сплавов. Мы изготавливаем такую лигатуру по техническому заданию заказчика. Запросы принимаем на почту 5052082@mail.ru.

Состав лигатуры ХТа32В9

«Х» — хром (основа), «Та» — тантал, «В» — вольфрам; цифры — округлённое содержание тантала и вольфрама в процентах по массе.

Элемент	Содержание, % по массе	Содержание, % ат. (без учёта кислорода)
Хром (Cr)	основа (≈ 59,0)	83,4
Тантал (Ta)	32,3	13,1
Вольфрам (W)	8,6	3,4
Кислород (O)	0,12	—

Крупность порошка — менее 250 мкм.

Почему лигатура плавится ниже хрома

Хром и тантал образуют интерметаллид Cr₂Ta (фаза Лавеса, плавится около 2020 °C), а между хромом и Cr₂Ta лежит эвтектика. Эвтектический сплав плавится при более низкой температуре, чем каждая из его составляющих. По последним измерениям эвтектика со стороны хрома содержит около 10,6 ат. % тантала (по другим работам — от 9,8 до 13 ат. %), а температура её плавления — около 1760–1780 °C по данным разных лет.

ХТа32В9 содержит 13,1 ат. % тантала, то есть лежит у самой эвтектики. Вольфрам при высоких температурах растворяется в хроме и входит в твёрдый раствор на его основе. В итоге лигатура начинает плавиться около 1760–1780 °C:

Материал	Температура плавления, °C
Вольфрам	3422
Тантал	3017
Хром	1907
Лигатура ХТа32В9 (около эвтектики Cr + Cr2Ta)	≈ 1760–1780 (начало плавления)

Разница с танталом и вольфрамом — 1250–1650 °C. Оба элемента попадают в расплав уже растворёнными в легкоплавкой хромовой основе, поэтому усваиваются полнее и точнее, а слиток получается однороднее по химическому и фазовому составу, чем при вводе чистых тантала и вольфрама.

Сплавы хрома с танталом

Хром привлекает конструкторов высокотемпературных материалов сравнительно высокой температурой плавления и стойкостью к окислению, но чистый хром хрупок при комнатной температуре. Добавка тантала создаёт в хроме упрочняющие частицы фазы Cr₂Ta. В американском патенте US 6245164 на двухфазные сплавы хром-тантал отмечено, что сплавы с содержанием тантала не выше эвтектического (около 9,8 ат. %) показывают высокую твёрдость, а заэвтектические сплавы с более чем 11 ат. % тантала становятся хрупкими и быстро теряют ударную вязкость.

Для лигатуры хрупкость не помеха: её не нагружают, а расплавляют, и хрупкий сплав легче измельчается в порошок. А вот для конечного сплава эти данные важны: они показывают, насколько точно нужно выдерживать содержание тантала — именно для этого и нужна лигатура с известным составом.

Для каких сплавов подходит

• жаропрочные никелевые и кобальтовые сплавы, в которых хрома больше, чем тантала, и есть вольфрам;
• сплавы на основе хрома, упрочнённые фазой Cr₂Ta: двухфазные сплавы хром-тантал изучаются как высокотемпературные конструкционные материалы;
• опытные сплавы, где тантал и вольфрам нужно ввести точно и без длительного перегрева расплава.

Соотношение элементов в лигатуре фиксировано: на каждый 1 % тантала приходится 1,83 % хрома и 0,27 % вольфрама. Лигатура подходит, если в целевом сплаве хрома по массе не меньше чем в 1,83 раза больше, чем тантала, а вольфрама — не меньше 0,27 от тантала. Недостающие хром и вольфрам добавляют отдельно. Если соотношение не подходит, обратите внимание на лигатуру тантал-хром ТаХ35: в ней хрома почти вдвое меньше тантала.

Пример расчёта шихты

Ввести 3 % тантала в 100 кг сплава (без учёта угара):

Компонент	Масса, кг	Что вносит
Лигатура ХТа32В9	9,29	3,00 кг тантала, 0,80 кг вольфрама, 5,48 кг хрома, 0,011 кг кислорода

Значит, в сплаве должно быть не меньше 5,48 % хрома и 0,80 % вольфрама; если их больше — добавляют чистые металлы. Кислород лигатуры даёт 0,011 % в сплаве — его учитывают в балансе плавки вместе с кислородом остальной шихты.

Как вводят лигатуру при вакуумной плавке

• Вакуумная индукционная плавка. Лигатуру загружают в тигель с шихтой или добавляют в расплав через шлюзовое устройство; порошок для этого прессуют в брикеты.
• Вакуумно-дуговой и электронно-лучевой переплав. Лигатуру вводят в прессованный электрод или в брикетах.
• Лабораторная дуговая плавка. Порошок прессуют в таблетку с остальной шихтой и переплавляют слиток несколько раз.

Что указать в техническом задании

• соотношение хрома, тантала и вольфрама (базовое — ХТа32В9) или целевой сплав;
• допустимое содержание кислорода, азота, углерода и других примесей;
• фракцию порошка (базовая — менее 250 мкм);
• количество и сроки;
• способ плавки и желаемую форму поставки;
• нужен ли протокол анализа химического состава.

Вопросы и ответы

Зачем в лигатуре вольфрам?

Чтобы ввести два тугоплавких элемента одной навеской. Многие жаропрочные сплавы легированы одновременно хромом, танталом и вольфрамом.

Можно ли сделать лигатуру без вольфрама или с другим содержанием тантала?

Да, состав согласуем по техническому заданию. Учтите: чем дальше состав уходит от эвтектики хром-Cr₂Ta в сторону тантала, тем выше температура плавления.

Где посмотреть другие материалы?

Поставляем порошок вольфрама, танталовый порошок и танталовые сплавы. Общие сведения о лигатурах — в разделе «Лигатура», о жаропрочных материалах — на странице «Жаропрочные сплавы».

Заказать лигатуру ХТа32В9

Изготовим порошковую лигатуру хром-тантал-вольфрам по вашему техническому заданию — базового состава ХТа32В9 или под ваш сплав. Пришлите состав, фракцию, требования к примесям и количество на почту 5052082@mail.ru — ответим по срокам и стоимости.