Широкое применение вольфрама сдерживается трудностями изготовления из него деталей обычными методами. Металлургические свойства вольфрама налагают жесткие ограничения на оборудование и методы, используемые для изготовления из него различных полуфабрикатов. Вследствие высокой прочности вольфрам плохо деформируется даже при горячей обработке давлением, т. е. выше температуры рекристаллизации (~ 1300° С).
Промышленное производство основной массы полуфабрикатов и изделий из вольфрама базируется в настоящее время на методах порошковой металлургии и на методе электродуговой вакуумной плавки. Во всех способах плавки и спекания используют инертную среду или вакуум для предотвращения взаимодействия металла с кислородом, азотом и водородом. Однако полуфабрикаты, полученные методом порошковой металлургии, не имеют необходимой чистоты, а следовательно, и пластичности, что значительно затрудняет деформацию - высокая температура спекания (около 2/з Tпл) способствует увеличению зерна при рекристаллизации. Кроме того, метод порошковой металлургии обладает недостаточной воспроизводимостью. Изготовление изделий диаметром 500-1000 мм из металлокерамического вольфрама невозможно в связи с ограниченным размером заготовок.
Методы плавки дают возможность изготовлять слитки больших размеров. Плавленый вольфрам по сравнению с металлокерамическим содержит меньше примесей внедрения (О, N, Н, С) и в деформированном состоянии обладает более высокими механическими свойствами при повышенной температуре и лучшей свариваемостью. Однако, несмотря на высокую чистоту, вольфрам, выплавляемый в электродуговых и электронно-лучевых установках, имеет низкую технологичность. Причиной является грубое столбчатое строение слитка, что в сочетании с малой растворимостью примесей внедрения приводят к высокой анизотропии свойств литого металла. Образование грубой столбчатой структуры вызвано медленной кристаллизацией металла в условиях высоких градиентов температур. Следует отметить, что большие температурные градиенты приводят к возникновению внутренних напряжений и трещин.
Часто встречающимся дефектом слитков электродуговой плавки является пористость, связанная с выделением газов в процессе плавки, особенно в нераскисленных слитках. Таким образом, грубокристаллическая структура литого металла затрудняет, а порой делает невозможной пластическую деформацию слитков. Малый выход годного металла и ограниченные возможности использования отходов осложняют применение методов плавки.
Начальной стадией получения вольфрама является извлечение его из руды. Из вольфрамосодержащих руд наибольшее промышленное значение при производстве имеют шеелит CaW04 и вольфрамит FeWО4+MnWО4. Конечным продуктом металлургической и химической переработки этих руд является вольфрамитовая кислота H2WО4. Техническая вольфрамитовая кислота служит исходным продуктом для получения вольфрама специальных марок, применяемых в электронной технике.
Вольфрамовая кислота растворяется в аммиаке с образованием раствора вольфрамита аммония
H2WО4 + 2NH4OH = (NH4)2 WО4 + 2H2О. (1)
При этом в нерастворимом остатке содержатся примеси Si02, гидроокиси железа и марганца и кальций в виде CaW04. При последующем удалении аммиачных растворов (либо их нейтрализации кислотой, например соляной) вольфрам осаждается в виде паравольфрамата аммония, в результате чего происходит очистка от фосфора, мышьяка, серы, большей части молибдена и других примесей, остающихся в растворе:
12 (NH4)2 WО4 → 5 (NH4)2 О • 12WО3 • 5Н2О + 14NH3 ↑ + 2Н2O. (2)
Выпавшие из раствора кристаллы паравольфрамита аммония отделяют от маточника, промывают на фильтре, сушат, а затем прокаливают при высокой температуре. В процессе прокаливания паравольфрамита происходит разложение его до вольфрамового ангидрида W03
5 (NH4)2 О • 12WO3 • 5Н2O → 12WO3 + 10NH3 ↑ + 10H2O ↑ (3)
Для обеспечения требуемых рекристаллизационных, жаропрочных, эмиссионных и других заданных характеристик вольфрама, определяющихся использованием этого металла в электронной технике, в вольфрамовый ангидрид вводят специальные присадки. Например, сплав вольфрама марки ВА имеет присадки К2O (0,32%), SiO2 (0,45%), А12O3 (0,03%), марки ВМ - К2O (0,32%), SiO2 (0,45%), ThO2 (0.25%). Сплавы вольфрама марок ВТ-7, ВТ-10, ВТ-15, ВТ-30 и ВТ-50 содержат соответственно от 0,7 до 5% ТhO2. Для получения некоторых марок вольфрама вводят присадки - двуокись лантана La203 и двуокись иттрия Y2О3 .
Из вольфрамового ангидрида путем восстановления его чистым водородом получают металлический порошок вольфрама, марка которого соответствует виду и количеству введенных присадок. Восстановление ведется в две стадии в многозонных электрических печах с определенным распределением температур по зонам. Максимальная температура первой стадии восстановления достигает 650-670° С для вольфрама марок ВА, ВМ и ВНР и 620-640° С для вольфрама марок ВТ и ВЧ. При этом вольфрамовый ангидрид восстанавливается до двуокиси вольфрама WO2, имеющей бурый цвет, по реакции
Максимальная температура второй стадии восстановления достигает 800-820° С для вольфрама марок ВС, ВЧ, ВМ, ВНР и 850-870° С для вольфрама марки ВТ. В этом случае восстановление протекает до металлического вольфрама
WO3 + Н2 → WO2 + Н2O↑. (4)
WО2 + 2Н2 → W + 2Н2О↑. (5)
Полученные в результате водородного восстановления окислов вольфрама металлические порошки просеивают (для отделения спекшихся частиц), перемешивают с целью равномерного распределения зерен разных размеров и увлажняют небольшим количеством раствора глицерина в спирте; это обеспечивает более равномерное распределение давления на следующей oпeрации - прессовании. Прессование штабиков из порошков вольфрама марок ВТ, ВНР и ВЧ производится под давлением 4 тс/см2. Оно осуществляется обычно на гидравлических прессах в стальных разъемных пресс-формах. Однако для этих целей может быть использовано и гидростатическое прессование, позволяющее получать заготовки с более равномерной плотностью по длине и сечению штабика. Размеры спрессованных штабиков в зависимости от марки и назначения вольфрама изменяются в пределах: длина 280-600 мм, сечение от 8х8 до 40х40 мм. Для повышения прочности и электропроводности спрессованные штабики спекаются в муфельных электрических печах в среде сухого водорода при температуре 1000-1300° С (низкотемпературное спекание). Одновременно при этом происходит снятие напряжений, полученных при прессовании штабиков, а также удаление увлажнителя и восстановление окисных пленок на поверхности частиц вольфрама.
Получение металла с минимальной пористостью (до 5-15%) достигается высокотемпературным спеканием (сваркой) штабиков в проточной водородной среде. Этот процесс осуществляется в специальных аппаратах путем пропускания электрического тока через штабик закрепленный между двумя контактами с вольфрамовыми губками. Один из контактов сделан подвижным для облегчения усадки штабика во время сварки. На операции сварки штабиков формируется структура металла, определяющая дальнейшее его поведение в процессе термомеханической обработки.
Окончательное уплотнение штабиков после сварки производится ротационной или плоской ковкой с последующей протяжкой или прокаткой кованых заготовок для получения соответственно проволоки и листа (ленты). Поскольку штабики вольфрама при комнатной температуре хрупкие, перед ковкой их нагревают в водородной среде до 1450±50°С. В дальнейшем эта температура снижается по мере повышения степени деформации.
Основными видами полуфабрикатов из вольфрама являются проволока и прутки. Для их изготовления штабики квадратного сечения подвергают ковке на ротационных ковочных машинах. Наряду с прутками и проволокой из вольфрама различных марок применяют и другие полуфабрикаты: пластины, ленты (листы), плющонку. Поэтому в производстве для получения пластин и лент используют также сваренные штабики, которые подвергают не ротационной, а плоской ковке. Плоскую ковку вольфрама ведут при температуре 1500-1600° С, которая в процессе дальнейшей деформации постепенно понижается до 1200- 1300° С. Для этих целей обычно используют пневматические молоты. Нагрев осуществляется в среде защитного газа в электрической муфельной печи. Ковку продолжают до тех пор, пока плотность штабика не достигнет той степени, которая позволит приступить к нормальной прокатке. Толщина поковки определяется в основном исходным сечением сваренного штабика. При сечении штабика 25x25 мм плоскую ковку ведут до толщины 8-10 мм, а при сечении 12X12 мм - до толщины 4-5 мм.
Прокатку вольфрамовых пластин производят в две стадии. Сначала процесс ведут с нагревом заготовки, а затем, начиная с определенной толщины, которая зависит от степени деформации, при комнатной температуре. Для прокатки используют двухвалковые или четырехвалковые станы, так как давление, возникающее при обработке вольфрама, значительно. При прокатке в восстановительной среде нагревают до необходимой температуры лишь обрабатываемый материал. | 
