熱加工方式及總變形量對(duì)厚鉬板退火組織的影響

王錦，安耿，劉仁智

（金堆城鉬業(yè)股份有限公司技術(shù)中心，陜西西安710077）

0 前言

難熔金屬鉬及其合金具有高熔點(diǎn)、低膨脹系數(shù)、良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能、優(yōu)越的抗腐蝕性以及在高溫下較高的強(qiáng)度、硬度、剛度和抗熱震性能等特點(diǎn)，因而被廣泛用于航空航天領(lǐng)域的蒙皮材料、電子行業(yè)中的靶材、玻璃制造行業(yè)中的電極及工業(yè)設(shè)備中的發(fā)熱體、舟皿、高溫結(jié)構(gòu)件等［1－2］。由于鉬應(yīng)用領(lǐng)域的不斷增加及終端產(chǎn)品要求的不斷提高，對(duì)鉬制品的要求也越來(lái)越高。鉬板作為鉬深加工制品的主要產(chǎn)品之一，其微觀組織和性能對(duì)后續(xù)產(chǎn)品的加工和應(yīng)用有著重要的影響。

厚鉬板主要用于工業(yè)設(shè)備中的發(fā)熱體、電極及電子醫(yī)療行業(yè)的靶材等，在這些領(lǐng)域中，往往對(duì)板材的微觀組織有著一些特定的要求，如需要再結(jié)晶組織、晶粒細(xì)小且大小分布要均勻等［3］。而在厚鉬板加工過(guò)程中，原料特性、軋制方式、變形量、退火溫度、軋制工藝等均對(duì)鉬板的組織和性能有著一定的影響［4－7］。本文通過(guò)鍛造加工（記為D）、鍛造開(kāi)坯+軋制加工（記為D+Z）、軋制加工（記為Z）3種不同的熱加工方式制備出厚鉬板，討論分析了熱加工方式及總變形量對(duì)純鉬板退火組織的影響。

1 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)用燒結(jié)純鉬板坯厚度為25 mm，各項(xiàng)性能指標(biāo)滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3462－2007中純鉬板坯的要求。該鉬板坯的燒結(jié)組織照片見(jiàn)圖1。

鉬板坯的鍛造開(kāi)坯和后續(xù)壓力加工采用自由鍛造的方式，軋制開(kāi)坯和后續(xù)壓力加工在輥寬400 mm的二輥可逆熱軋機(jī)上進(jìn)行。3種加工方式下板坯的總變形量相同，最終成品厚度5 mm。

圖1 試驗(yàn)用燒結(jié)板坯的金相照片（200×）

不同變形量的試驗(yàn)統(tǒng)一采用鍛造開(kāi)坯+軋制加工的熱加工方式，加工總變形量分別為60％、70％和80％。

樣品的退火在高真空石墨坩堝爐中進(jìn)行，退火溫度分別為1 050℃、1 100℃、1 150℃和1 200℃，保溫時(shí)間1 h。樣品的退火后的微觀組織利用金相顯微鏡對(duì)進(jìn)行觀察。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 加工方式對(duì)鉬板組織的影響

圖2是不同熱加工工藝及退火溫度下鉬板的金相組織照片。從中可以看出，在1 050℃退火后，鍛造加工后的鉬板材已經(jīng)完全再結(jié)晶，而鍛造開(kāi)坯+軋制加工和軋制加工兩種方式下板材的晶粒仍為拉長(zhǎng)的晶粒，晶粒尚未完全回復(fù)，而且晶粒也明顯要大于鍛造方式的晶粒。1 100℃以上，鍛造方式的鉬板材晶粒已經(jīng)開(kāi)始長(zhǎng)大，而其他兩種方式下板材的晶粒才基本完成再結(jié)晶。而鍛造+軋制的加工方式相比純軋制方式，在同樣的退火溫度下，晶粒相對(duì)更細(xì)小均勻。

圖2 不同熱加工工藝及退火溫度下鉬板的金相組織照片

在鉬板材的熱加工過(guò)程中，鍛造開(kāi)坯及后續(xù)加工的單火次變形量相對(duì)較大，速度相對(duì)較快，反復(fù)加熱的次數(shù)少，而且由于鍛造加工方式在減薄板材的同時(shí)，又沿鍛造方向帶有一定的沖擊力，因此在拉長(zhǎng)，均勻性也顯著改善。而單純的軋制加工方式，由于受當(dāng)前工裝設(shè)備的能力限制，加工過(guò)程中多采用多火次、小變形量的方式，變形過(guò)程中，由表到內(nèi)，變形量逐漸減小，晶粒主要以拉長(zhǎng)變形為主，大小的均勻。

，也就相比鍛造加工方式的粗大。相比軋制方式，鍛造開(kāi)坯然后再軋制加工的方式，由于鍛造開(kāi)坯過(guò)程中有效破碎了較大的晶粒，使得晶粒大小的均勻性有了改善，在后續(xù)的軋制過(guò)程中，在拉長(zhǎng)變形的同時(shí)，也可以保證變形組織的大小均勻性。而在同樣的加工總變形量下，晶粒的細(xì)小則使得其再結(jié)晶溫度驅(qū)動(dòng)力變大，從而使得再結(jié)晶溫度比大晶粒有所降低。因此，鍛造加工或者鍛造開(kāi)坯的加工方式相對(duì)來(lái)說(shuō)更有利于最終成品板材細(xì)小均勻晶粒組織的形成。

但需要說(shuō)明的是，由于目前國(guó)內(nèi)軋機(jī)的軋制力有限，道次的變形量較小，一般在10％～15％左右。相比之下鍛造方式一次的變形量可達(dá)到25％以上。而小的變形量明顯不如大變形量對(duì)大晶粒破碎的作用好，這也是上述軋制方式的晶粒尺寸及均勻性遜于鍛造方式的原因之一。如果能提高軋制過(guò)程中板坯的單道次變形量，則更有利于形成均勻細(xì)小的晶粒組織。而且，鍛造方式由于設(shè)備的限制，加工大規(guī)格鉬板材的能力有限，而軋制方式則能更好的彌補(bǔ)這一不足。因此，結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)的工裝現(xiàn)狀，鍛造開(kāi)坯+軋制的熱加工方式能得到相對(duì)較好的鉬板材微觀組織形態(tài)。

2.2 加工變形量對(duì)鉬板組織的影響

圖3是在鍛造開(kāi)坯+軋制加工的方式下、不同加工總變形量及退火溫度下板材的金相組織照片。

從圖3可以看出，加工總變形量越大，完成再結(jié)晶的溫度越低，晶粒組織也相對(duì)細(xì)小均勻。總變形量80％的板材晶粒組織在1 050℃退火后已基本完成再結(jié)晶，從1 100℃開(kāi)始已經(jīng)開(kāi)始長(zhǎng)大，而總變形量60％的板材晶粒組織在1 050℃退火后組織仍基本為拉長(zhǎng)變形組織，尚處于回復(fù)階段，直到1 150℃基本完成再結(jié)晶過(guò)程。總變形量70％的板材再結(jié)晶過(guò)程則基本處于總變形量60％和80％之間。而總變形量80％的板材再結(jié)晶后的晶粒（圖3c）也較70％總變形量（圖3e）和60％總變形量（圖3g）的晶粒相對(duì)細(xì)小均勻。這主要是由于大的變形量下使得較大的晶粒在壓力加工過(guò)程中得到了更有效地破碎，從而使得晶粒相對(duì)細(xì)小，加工過(guò)程中形成相對(duì)細(xì)小的纖維流線(xiàn)加工組織，也進(jìn)一步降低了再結(jié)晶溫度。

此外，在板材的熱壓力加工過(guò)程中，較小的總變形量和單道次變形量可能會(huì)使鉬板心部不能得到有效地變形，導(dǎo)致板材表面至心部的組織不均勻，在后續(xù)的冷加工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)分層、裂紋等缺陷，進(jìn)而影響板材的使用性能及后續(xù)的再加工能力。而大的總變形量和單道次變形量，可以使鉬板在熱加工過(guò)程中內(nèi)外部組織得到充分的變形，極大提高其室溫韌性，有利于后續(xù)薄鉬板的室溫加工及表面質(zhì)量和性能的提高［8］。因此，在板材的熱加工過(guò)程中，應(yīng)該使其總的加工變形量大于70％，并盡可能采用大的道次變形量。

3 結(jié)論

對(duì)厚鉬板采用不同的熱加工方式和變形量進(jìn)行了壓力加工，討論分析了加工方式及變形量對(duì)鉬板退火組織的影響，得出以下結(jié)論：

（1）在同樣的加工變形量下，鍛造加工的再結(jié)晶溫度最低，鍛造開(kāi)坯+軋制方式次之，軋制加工的再結(jié)晶溫度最高。鍛造加工或者鍛造開(kāi)坯的加工方式更有利于最終成品板材細(xì)小均勻晶粒組織的形成。

（2）在同樣的壓力加工方式下，加工總變形量越大，鉬板完成再結(jié)晶的溫度越低，晶粒組織也相對(duì)細(xì)小均勻。

（3）在鉬板的熱加工過(guò)程中，應(yīng)該使其總的加工變形量大于70％，并盡可能采用大的道次變形量。

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［3］安耿，李晶，劉仁智，等.鉬濺射靶材的應(yīng)用、制備及發(fā)展［J］.中國(guó)鉬業(yè)，2011，35（2）：45－48.

［4］李鵬.熱軋工藝對(duì)鉬板材成品性能的影響［J］.稀有金屬與硬質(zhì)合金，2005，，3（2）：35－37.

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