The effect of crystallization conditions on tantalum distribution in molybdenum and tungsten during electron beam zone melting

Efecto de las condiciones de cristalización sobre la distribución del tántalo en el molibdeno y el wolframio durante la fusión zonal por haz de electrones

Se investigó la distribución de tántalo en monocristales de molibdeno y wolframio durante la fusión por zona flotante con haz de electrones en diferentes condiciones de cristalización. El análisis químico lineal realizado de las muestras demostró la creación de microsegregación de tántalo, las denominadas estrías de crecimiento, que se mostraron en los perfiles de concentración como zonas que alternaban periódicamente con concentraciones de tántalo mayores y menores. La existencia de estas inhomogeneidades químicas sugiere que las condiciones estacionarias del crecimiento cristalino se vieron alteradas durante la fusión zonal, es decir, que se produjeron fluctuaciones de la tasa microscópica de crecimiento debido a la convección en la masa fundida. Los coeficientes de distribución efectivos determinados del tántalo en el molibdeno y el wolframio se aproximan a los valores teóricos calculados del coeficiente de distribución de equilibrio.

INTRODUCCIÓN

La alta pureza, la homogeneidad química y la perfección estructural tienen una influencia esencial en las propiedades de los monocristales de metales refractarios y sus aleaciones de baja aleación. Gracias a sus complejas propiedades físicas, mecánicas y químicas, representan materiales de futuro para la tecnología moderna contemporánea, especialmente como componentes estructurales de alta temperatura [1, 2]. Los atributos básicos de los monocristales, en comparación con los materiales policristalinos adecuados, incluyen una estructura mucho más estable, menores velocidades de fluencia, alta resistencia, buena plasticidad, alto módulo de Young, resistencia al desgaste y alta resistencia a la radiación. Una propiedad negativa de los monocristales puros de metales refractarios, especialmente el wolframio, es su baja plasticidad, que limita su tecnología de procesamiento. La plasticidad puede mejorarse, hasta cierto punto, aleando estos metales con otros metales refractarios, como Re, Ta, Mo o Nb, en una cantidad de hasta el 5 % en peso. Sin embargo, cuando se preparan monocristales de aleaciones basadas en tungsteno y molibdeno mediante la tecnología de fusión zonal por haz de electrones [1-7], a menudo se produce una distribución heterogénea de los elementos de aleación, lo que da lugar a una heterogeneidad estructural y a propiedades sensibles a la estructura [1, 7]. En este trabajo se estudia el efecto de las condiciones de cristalización sobre la distribución del tántalo en los monocristales de molibdeno y wolframio durante su preparación por fusión en zona de flujo de haz de electrones. También se estudian los coeficientes de distribución efectiva del tántalo en el molibdeno y el wolframio para condiciones individuales de cristalización y las características estructurales de las aleaciones monocristalinas preparadas.

EXPERIMENTAL

Se cultivaron monocristales de aleaciones basadas en tungsteno y molibdeno con la composición química nominal de Mo-1,5 at.% Ta y W-1,5 at.% Ta a partir de la masa fundida utilizando la fusión en zona de flotante por haz de electrones en vacío aplicando dos velocidades de paso de zona diferentes - 1 y 3 mm/min.