鉬鑭摻雜鉬絲生產(chǎn)工藝研究

朱 鋒,蘇 曉,楊德武

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司金屬分公司,陜西 西安 710077)

鉬鑭摻雜鉬絲生產(chǎn)工藝研究

朱 鋒,蘇 曉,楊德武

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司金屬分公司,陜西 西安 710077)

論述了摻雜不同La2O3含量的φ48 mm鉬鑭合金鉬棒,選擇正確的工藝路線,確定合理的拉伸起點,通過調(diào)整退火點,優(yōu)化退火工藝及加工工藝參數(shù),研制不同用途的Mo-La2O3摻雜鉬絲。

稀土氧化物;La2O3;摻雜鉬絲;再結(jié)晶溫度;室溫韌性

0 前 言

鉬系難熔稀有金屬,其熔點高達2 620℃,具有熔點高、高溫強度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好、熱膨脹系數(shù)低及耐腐蝕性等一系列優(yōu)異性能,在電光源、電力電子、高溫構(gòu)件、冶金、機械加工等現(xiàn)代工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。但是,鉬的室溫脆性及塑-脆轉(zhuǎn)變溫度高等妨礙了其進一步應(yīng)用。研究表明,在鉬中摻雜稀土氧化物可以大幅度提高鉬的再結(jié)晶溫度和高溫性能。稀土氧化物對鉬的強化是通過氧化物彌散強化來實現(xiàn),強化后材料的室溫抗拉強度、塑性、再結(jié)晶溫度、高溫蠕變性能等具有顯著的提高[1]。鑒于摻雜鉬材的優(yōu)異性能,Mo-La2O3摻雜鉬絲用于電光源芯線、支架及引出線、線切割絲、高溫爐發(fā)熱體、軋制鉬箔帶用的摻雜鉬絲、中大功率電子管新型稀土鉬熱陰極材料等用途。

通過對鉬鑭摻雜絲材的生產(chǎn)工藝進行系統(tǒng)的試驗與研究,制定和完善生產(chǎn)工藝,生產(chǎn)不同用途的Mo-La2O3摻雜鉬絲,開發(fā)新產(chǎn)品,提高產(chǎn)品的技術(shù)含量及附加值。

1 試驗過程

1.1 試驗原料

選用摻雜La2O3不同含量的φ48 mm鉬鑭合金鉬棒,La2O3含量范圍為0%～2.0%。

1.2 試驗工藝路線的選擇

結(jié)合生產(chǎn)實際,需要增加旋鍛串打工藝。首先了解目前國內(nèi)鉬線材的加工方式有2種:旋鍛-拉伸、軋制-拉伸。軋制-拉伸相比旋鍛-拉伸有以下優(yōu)點:生產(chǎn)率高,勞動強度小,工作現(xiàn)場環(huán)境好,生產(chǎn)鉬桿及鉬絲的單根重量較大,但是生產(chǎn)過程中鉬絲較硬,斷絲率增加,需要經(jīng)過2～3次中間退火才能正常加工。其次,Y250二火改一火軋制,使Y250軋制的終軋尺寸由φ5.8 mm變?yōu)棣?.4 mm。R180拉伸過程中頭尾加熱溫度達不到工藝要求,拉伸硬質(zhì)合金模在800℃開始劇烈氧化,導(dǎo)致中間部分加熱溫度也達不到工藝溫度。鉬絲加熱時絲材的表面應(yīng)涂敷石墨乳,而石墨乳的耐溫一般不超過1 000℃(最佳溫度在700～900℃),如果φ7.4 mm鉬桿的料溫低于900℃,導(dǎo)致加工硬化,給絲材劈裂埋下隱患。最后,通過對比φ7.4 mm、φ6.8 mm、φ6.2 mm、φ5.5 mm、φ5.0 mm的金相組織,發(fā)現(xiàn)φ7.4 mm鉬桿的金屬組織還未趨于纖維化。鍛打加工方式相比拉伸加工方式,更有利于φ7.4 mm鉬桿金屬組織的纖維化。

工藝路線:軋制→旋鍛→拉伸。

1.3 確定合理的拉伸起點

以3種不同規(guī)格的摻雜鉬桿為拉伸起點,拉伸φ0.90 mm鉬絲質(zhì)量作對比,可以得出哪種規(guī)格的鉬桿拉伸有利于鉬絲質(zhì)量的提高。

表1 不同規(guī)格的摻雜鉬桿對φ0.90 mm鉬絲質(zhì)量的影響

由表1可以得出,φ7.4 mm軋制六方鉬桿串打旋鍛到φ3.8 mm的圓鉬桿,作為拉伸起點有利于鉬絲質(zhì)量的提高。

1.4 試驗工藝流程

φ48 mm鉬鑭合金鉬棒→Y370開坯軋制(φ14.5 mm)→Y250軋制(φ7.4 mm)→串打旋鍛(φ3.8 mm)→轉(zhuǎn)盤單模拉伸→中間回復(fù)退火→多模拉伸→成品。

1.5 退火點的選擇及退火工藝參數(shù)的確定

鉬絲拉伸過程的中間退火點,應(yīng)根據(jù)材料的化學(xué)成分、加工性能及加工工藝,以及成品規(guī)格和性能的要求不同而正確選擇,才能實現(xiàn)正常拉伸并保證最終成品的質(zhì)量。一般轉(zhuǎn)入拉伸時桿料的直徑較大,或采用大的道次壓縮比拉伸時,由于加工硬化速率較快,因而中間退火點應(yīng)增多[2]。退火溫度和退火時間的掌握,應(yīng)綜合考慮退火前絲材的加工硬化程度,退火點絲徑的大小,退火前后鉬絲的退火程度。對于再結(jié)晶溫度較高的摻雜鉬絲,其退火溫度相應(yīng)提高到1 200～1 800℃,以達到有效改善鉬絲的晶粒組織和加工性能的目的[3]。

1.6 生產(chǎn)工藝參數(shù)的調(diào)整

加工溫度在生產(chǎn)純鉬加工溫度的基礎(chǔ)上每道工序提高100～150℃,單模拉伸的道次壓縮率控制在20%～25%,多模拉伸的道次壓縮率控制在12%～18%。

2 試驗結(jié)果及分析

按所確定的生產(chǎn)工藝,La2O3含量為1.0%(質(zhì)量分數(shù),以鉬為基體)的鉬鑭合金鉬棒,經(jīng)軋制、旋鍛、拉伸、退火等工序,拉伸到直徑為φ0.60 mm、φ0.40 mm的絲材,進行性能測試。

2.1 絲材的力學(xué)性能

2.1.1 熱加工絲材力學(xué)性能

熱加工狀態(tài)下Mo-La2O3摻雜鉬絲的室溫力學(xué)性能見表2。

表2 加工態(tài)絲材的室溫力學(xué)性能

比較不同氧化鑭含量的φ0.60 mm絲材的力學(xué)性能測試結(jié)果,得出氧化鑭含量與絲材抗拉強度和延伸率的關(guān)系曲線圖1。

圖1 La2O3含量與鉬鑭摻雜鉬絲力學(xué)性能的關(guān)系

從圖1可見,對于熱加工態(tài)的鉬鑭摻雜鉬絲材,在La2O3含量小于2.0%的范圍內(nèi),隨著氧化鑭摻雜含量的增加,絲材的抗拉強度增大,而延伸率減小。

2.1.2 高溫退火態(tài)的力學(xué)性能

將φ0.60 mm的純鉬絲按上面規(guī)定進行退火檢測其力學(xué)性能。并結(jié)合Mo-1.0%La2O3絲材的力學(xué)性能檢測結(jié)果,可得到絲材的抗拉強度與退火溫度的關(guān)系見圖2,絲材的延伸率與退火溫度的關(guān)系見圖3。

從圖2可見,對于Mo-1.0%La2O3摻雜鉬絲,當退火溫度升高時,其抗拉強度降低;與純鉬絲相比,Mo-1.0%La2O3摻雜鉬絲的抗拉強度明顯較高,強度高出250～350 MPa,可見La2O3的加入,對鉬的強化作用比較顯著。

表3 退火態(tài)摻雜鉬絲的室溫力學(xué)性能

圖2 絲材抗拉強度與退火溫度的關(guān)系

圖3 絲材延伸率與退火溫度的關(guān)系

從圖3可看出,隨著退火溫度的升高,純鉬絲的延伸率增大,1 200℃時達到最大值;隨著退火溫度繼續(xù)升高,延伸率減小,在1 300℃時其延伸率急劇降低,1 600℃時,其延伸率僅為5%;溫度繼續(xù)升高時,延伸率數(shù)值幾乎接近零。隨著退火溫度的升高,Mo-1.0%La2O3摻雜鉬絲延伸率緩慢增大,在1 500℃時其延伸率已大于純鉬絲;然后隨著退火溫度升高,其延伸率繼續(xù)緩慢增大。

分析圖3可見,Mo-1.0%La2O3摻雜鉬絲在1 500℃的高溫下退火后,其延伸率較純鉬絲明顯增大,表明該摻雜鉬絲改善了純鉬絲在高溫下塑性差的缺陷,適合在高溫狀態(tài)下使用。

2.2 退火絲材的室溫韌性

將加工態(tài)φ0.60 mm的純鉬絲與鉬鑭摻雜鉬絲,分別用克絲鉗做90°彎折,比較各自斷裂前的彎折次數(shù);再分別比較其退火態(tài)的彎折次數(shù),具體情況見表4。

表4 φ0.60 mm絲材的彎折試驗情況

從表4可見,在加工態(tài)及較低溫度(1 100℃)進行退火處理時,鉬鑭摻雜鉬絲的室溫韌性與純鉬絲基本相當;但退火溫度升高時,則純鉬絲的室溫韌性明顯降低。這主要時由于隨著退火溫度升高,純鉬絲發(fā)生了再結(jié)晶,使其韌性下降。

2.3 鉬鑭摻雜鉬絲再結(jié)晶溫度

盡管人們痛斥一些大股東貪婪而愚蠢，但其實他們大多數(shù)都是絕頂聰明的人。如果不是出于某種無奈，他們大抵不會犯低級錯誤。不管是出于怎樣的原因，大股東的錯誤已經(jīng)犯了，市場也對這樣的錯誤做出了懲罰，交給投資者的就不只是風險，更多的是機會。

φ0.60 mm的Mo-1.0%La2O3摻雜鉬絲,在不同溫度退火后的縱向纖維組織見圖5。

從圖5可看出,φ0.60 mm的Mo-1.0%La2O3摻雜鉬絲在退火溫度不超過1 200℃時,其組織變化不大,仍為較細小的纖維組織;當退火溫度升高到1 400℃時,絲材的纖維組織發(fā)生粗化;溫度繼續(xù)升高至1 600℃時,纖維組織尺寸繼續(xù)粗化,且在纖維組織的邊界上出現(xiàn)較多的細小的再結(jié)晶晶粒;溫度升高到1 800℃時,部分纖維組織的邊界出現(xiàn)燕尾狀,絲材中的部分再結(jié)晶晶粒長大;當溫度升到2 000℃時,形成了長寬比較大的搭接組織。

對于φ0.60 mm的Mo-1.0%La2O3摻雜鉬絲,根據(jù)其纖維組織在退火升高過程中的變化情況,可以確定其再結(jié)晶溫度高于1 800℃。

2.4 絲材的高溫蠕變性能

絲材的高溫蠕變性能通過V型試驗檢測,將φ0.40 mm的Mo-1.0%La2O3摻雜鉬絲,在V型試驗機上進行V型試驗,測定其下垂值。下垂值試驗參照GB/T4105-1983《鎢絲下垂試驗方法》進行[4]。

將不同摻雜量的絲材拉伸至φ0.40 mm,制備V型試樣,并按要求進行試驗,測定試樣下垂值,結(jié)果見表5。不同氧化鑭含量與絲材下垂值的關(guān)系見圖6。

圖5 退火后鉬鑭摻雜鉬絲的縱向顯微組織

表5 φ0.40 mm鉬鑭摻雜鉬絲V型試驗下垂值

圖6 氧化鑭含量與鉬鑭摻雜鉬絲下垂值的關(guān)系

從表5和圖6可見,在含量低于2.0%的范圍內(nèi),摻雜氧化鑭可以明顯提高鉬絲的高溫抗下垂性。當氧化鑭含量為0.50%時,摻雜鉬絲的抗下垂性能既有顯著提高;在氧化鑭含量為0.5%～1.5%范圍內(nèi),其高溫抗下垂性能最佳;隨著氧含量繼續(xù)增大,其抗下垂性能則稍有降低。

3 結(jié) 論

(1)選擇的Mo-La2O3摻雜鉬絲生產(chǎn)工藝路線及確定的拉伸起點合理,工藝參數(shù)調(diào)整適宜,可以根據(jù)φ48 mm鉬鑭合金鉬棒的氧化鑭含量生產(chǎn)不同用途的Mo-La2O3摻雜鉬絲。不同用途Mo-La2O3摻雜鉬絲與稀土La2O3氧化物含量關(guān)系見表6。

(2)Mo-1.0%La2O3摻雜鉬絲的再結(jié)晶溫度可達1 800℃。

表6 不同用途鉬鑭摻雜鉬絲與稀土La2O3氧化物含量關(guān)系

(3)Mo-La2O3摻雜鉬絲高溫退火的抗拉強度、塑性、室溫韌性較高,其抗拉強度比純鉬絲高250～350 MPa。

(4)在氧化鑭含量為0.5%～1.5%范圍內(nèi),其高溫抗下垂性能最佳。

[1] 周美玲.難熔金屬材料及加工[M].長沙:中南大學(xué)出版社,1983.

[2] 白淑文,張勝華.鎢鉬絲加工原理[M].北京:輕工業(yè)出版社,1983.

[3] 詹志洪.鉬絲質(zhì)量的影響因素分析及工藝改進措施[J].中國鉬業(yè),2005,30(2):28-31.

[4] GB/T4105-1983.鎢絲下垂試驗方法[S].

PRODUCTI ON PROCESS OFMOLYBDENUM W IRES DOPED W ITH LANTHANUM

ZHU Feng,SU Xiao,YANGDe-wu
(MetalBrarch,JinduichengMolybdenum Co.,Ltd.,Xi’an 710077,Shaanxi,China)

φ48 mm Mo-La alloy molybdenum rods doped with different contents ofMo-La2O3were expounded. The correct process line was selected and a reasonable stretch starting pointwas deter mined.By adjusting the annealing point,opt imizing the annealing process and processing parameters,the Mo-La2O3doped molybdenum wireswith different usageswere develped.

rare earth oxides;La2O3;doped molybdenum wires;recrystallization temperature;toughness at room temperature

TG356.4+5

A

1006-2602(2010)05-0047-05

2009-10-29

朱 鋒(1978-),男,2000年畢業(yè)于中南大學(xué)金屬材料壓力加工專業(yè),助理工程師。