В 1783 году испанские химики братья д'Элуяр выделили из минерала вольфрамита вольфрамовый ангидрид (открытый за два года до этого шведским химиком К. Шееле) и, восстановив его углеродом, впервые получили сам металл, который назвали вольфрам (от немецких слов Wolf — волк, Rahm — пена; такое название объяснялось тем. что минерал вольфрамит, сопровождавший оловянные руды, мешал выплавке олова, переводя его в пену шлаков — «пожирал олово, как волк овцу»).

Более 120 лет понадобилось, чтобы понять, какими необыкновенными свойствами обладает этот металл, и найти ему достойное применение.

Открытые, как и вольфрам, многие десятилетия тому назад такие редкие металлы, как ниобий, тантал, цирконий, титан, молибден, рений, долгое время тоже не находили практического применения.

Ныне редкие металлы, в основном металлы этой «великолепной семерки», благодаря удачному сочетанию таких важнейших для новой техники свойств, как исключительная тугоплавкость, высокая жаропрочность и коррозионная стойкость, низкий температурный коэффициент линейного расширения, по праву заняли особое место в арсенале современных материалов. Именно их использование сыграло важнейшую роль в развитии авиации сверхзвуковых скоростей, ракетной и космической техники.

Тугоплавкие металлы очень прочны, быстро теряют пластичность и сильно упрочняются при холодной обработке, в результате чего их сопротивление деформированию становится весьма большим. Значит, их обработку давлением нужно проводить в горячем состоянии, то есть предварительно нагревать заготовку, чтобы значительно повысить пластичность металла. Именно так поступают при обработке давлением большинства металлов и сплавов, особенно когда приходится получать изделия из слитков относительно больших сечений. Но использовать эту классическую технологию для обработки тугоплавких металлов и сплавов оказалось далеко не простым делом. И вот почему.

Обладая целым рядом уникальных свойств, редкие металлы имеют весьма существенный недостаток. Стоит эти металлы, большинство из которых не взаимодействует с газами при комнатной температуре, нагреть на воздухе выше определенного предела, как они начинают образовывать окислы, поглощать газы. Так, например, вольфрам начинает окисляться при температуре 400—500° С, а его горячую обработку давлением требуется проводить при более высоких температурах, скажем, ковку при 1 500—1 600° С, прокатку — при 1 300—1 400° С; ниобий начинает окисляться при 250—270" С, горячую же обработку его проводят при 1 100—1 300° С.

Поэтому если такие металлы обрабатывают вгорячую на воздухе, то это приводит, во-первых, к большим потерям. Например, из каждой тонны вольфрама в окислы перейдет до 120 килограммов металла! Если учесть, сколь высока цена вольфрама, то ясно, какой ущерб это нанесет. Во-вторых, диффузия газов в тугоплавкий металл оказывает губительное влияние на многие его свойства. Например, увеличение содержания кислорода в рении с 0,002 до 0,025 процента понижает пластичность металла в 4 раза.

Что же делать, как предохранить от вредного влияния активных газов воздуха металлы, которые при горячей обработке давлением — прокатке, ковке, прессовании — нагреваются до высоких температур?

Металлургам пришлось преодолеть немало трудностей, создавая приемлемую технологию производства редких металлов. Успехи в этом направлении открывают им широкий путь в технику. Этот этап развития металлургии стал особенно актуальным в связи с результатами, достигнутыми при получении чистых и сверхчистых металлов и сплавов. Нужна была такая технология обработки давлением, которая бы не зачеркивала всего того, что давали для новой техники успехи «металлургии девяток», позволяющей получать металлы, содержащие всего лишь десятитысячные, даже миллионные доли примесей. Высокую чистоту металлов, от которой зависят их многие важнейшие технологические и физические свойства, надо было сохранить и на этапе обработки давлением.

Чтобы защитить тугоплавкие и редкие металлы от окисления и газонасыщення при нагреве и деформации, стали применять сварные оболочки из стали, никеля, молибдена и других материалов, защитные обмазки, металлические и металлокерамические покрытия и т. д.

Такие способы защиты имеют существенные недостатки: в процессе деформации невозможно наблюдать за состоянием заготовки, находящейся в оболочке, отрицательное влияние на качество металла оказывают газы, содержащиеся в самой оболочке; затруднено отделение металлических оболочек от деформируемого металла, и поэтому требуется дополнительная операция — травление (в растворах, не реагирующих с основным металлом) поверхностного газонасыщенного слоя и пр. Более того, для каждого обрабатываемого металла или сплава надо изыскивать покрытие со специфичными для данных условий свойствами, что само по себе является весьма трудоемким процессом.

Все это, естественно, затрудняло решение проблемы промышленного производства изделий из тугоплавких и редких металлов и сплавов на их основе. Надо было разработать другие, более эффективные способы, полностью исключающие или резке уменьшающие взаимодействие металлов с газами при горячей обработке давлением.

Доктор технических наук, профессор А. Крупин, кандидаты технических наук Б. Линецкий и В. Чернышев.