鉬粉形貌對鉬板性能的影響

安 耿,劉仁智,李 晶,付靜波,卜春陽

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司技術(shù)中心,陜西 西安 710077)

鉬粉形貌對鉬板性能的影響

安 耿,劉仁智,李 晶,付靜波,卜春陽

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司技術(shù)中心,陜西 西安 710077)

分別選用2種不同形貌的鉬粉,在相同的壓制、燒結(jié)和軋制工藝下制備出0.5 mm和0.2 mm鉬板,其中0.5 mm厚鉬板采用直軋方式,0.2 mm厚鉬板采用交叉軋制方式。對這2種鉬粉制備的燒結(jié)板坯的顯微組織以及鉬板的力學性能和退火組織進行了比較分析。結(jié)果表明,鉬粉的形貌對鉬板的性能有很大的影響,相比常規(guī)顆粒大小不均勻、團聚較為嚴重的鉬粉,具有顆粒大小均勻、分散性好、無團聚的鉬粉燒結(jié)板坯晶粒大小均勻,致密性好,加工出的鉬板具有較高的力學性能和高溫性能,交叉軋制的鉬板表現(xiàn)出了較好的各向同性。

鉬粉;形貌;團聚;鉬板;性能

0 前 言

鉬粉是生產(chǎn)鉬深加工產(chǎn)品的原料,其物化性能和組織結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了后續(xù)加工產(chǎn)品的特性及質(zhì)量特征。目前,國內(nèi)鉬粉主要存在以下問題: (1)粉末純度不高;(2)粉末物理特性波動大,主要體現(xiàn)在大小顆粒交互存在,粉末粒度分布較寬;(3)粉末的形貌組織不好,主要體現(xiàn)在顆粒形貌不一,細粉團聚嚴重,甚至出現(xiàn)燒結(jié)態(tài)。由于鉬粉上述問題的存在,導致其后續(xù)加工產(chǎn)品存在很大的質(zhì)量問題。在隨后的壓制和燒結(jié)過程中,因為鉬粉顆粒大小不均勻,而大顆粒和小顆粒的變形能力不同,燒結(jié)過程中所需的燒結(jié)能也不同,因此,在相同的壓制和燒結(jié)工藝下,大小顆粒的變形和燒結(jié)過程的差異就導致了壓坯和燒結(jié)坯的組織不均勻,晶粒度不理想。尤其是鉬粉中細粉團聚體以及燒結(jié)態(tài)組織的存在,可能直接導致燒結(jié)坯中孔洞、裂紋等缺陷的存在,從而形成質(zhì)量較差的坯錠。而這些質(zhì)量較差的坯錠將會大大影響后續(xù)壓力加工(軋制、旋鍛、拉伸)的順利進行,在加工過程中坯錠還會產(chǎn)生開裂、分層、起皮甚至斷裂,嚴重影響加工材質(zhì)量及加工成品率[1～5]。

本文對2種不同形貌的鉬粉進行了后續(xù)鉬板產(chǎn)品的加工,通過對燒結(jié)板坯的顯微組織以及鉬板的力學性能和退火組織的比較分析,研究了鉬粉形貌對鉬板性能的影響。

1 試驗方法

試驗過程使用2種不同形貌的鉬粉,一種是常規(guī)鉬粉Y,一種是經(jīng)過特殊還原工藝所制備的鉬粉X。2種鉬粉的形貌見圖1。

利用這2種不同形貌的鉬粉分別壓制、燒結(jié)成鉬板坯,然后分別軋制加工成0.5 mm厚和0.2 mm厚的成品鉬板材,其中0.5 mm厚的鉬板加工方式為直軋,0.2 mm厚鉬板的加工方式為交叉軋制。X鉬粉和Y鉬粉加工的0.5 mm厚鉬板分別記為BX0.5和BY0.5,0.2 mm厚的鉬板分別記為BX0.2和BY0.2。試驗過程中,為了便于試驗結(jié)果的比較和分析,2種鉬粉后續(xù)壓制、燒結(jié)、軋制的工藝及加工環(huán)境完全相同。

2 試驗結(jié)果

2.1 鉬粉的形貌及理化指標

圖1是試驗使用的2種不同鉬粉形貌的SEM照片?？梢钥闯?Y鉬粉顆粒大小不均勻,大小顆粒交互存在。小的鉬粉顆粒基本以團聚體存在,且小顆粒之間出現(xiàn)燒結(jié)頸(圖1 a)。低倍數(shù)下,鉬粉顆粒大多以尺寸較大的團聚塊出現(xiàn)(圖1 b);而X鉬粉則顆粒大小相對均勻,分布疏松(圖1 c),低倍數(shù)下無明顯的團聚塊出現(xiàn),顆粒表現(xiàn)出很好的分散性(圖1 d)。從圖1(e)可以看出,X鉬粉大多以單顆粒形式存在。

表1是2種鉬粉的理化指標。

表1 鉬粉理化性能指標

圖1 2種不同鉬粉形貌的SEM照片

2.2 燒結(jié)板坯的微觀組織

圖2是2種鉬粉燒結(jié)成的鉬板坯的金相照片?？梢钥闯?X鉬粉燒結(jié)板坯晶粒組織大小相對均勻(圖2 b),Y鉬粉則由于本身的粒度大小不均勻,所以燒結(jié)后的板坯也就存在晶粒大小不均,分布也不均勻的現(xiàn)象(圖2a)。

圖2 2種鉬粉燒結(jié)成的鉬板坯的金相照片(200×)

圖3是2種鉬粉燒結(jié)板坯的SEM照片,同樣可以看出,X鉬粉的燒結(jié)板坯晶粒大小均勻。此外,X鉬粉相比Y鉬粉,其燒結(jié)板坯的燒結(jié)孔數(shù)量少,致密性好。

圖3 燒結(jié)板坯的SEM照片

2.3 厚度0.5 mm鉬板的物理性能及組織

表2是2種鉬粉加工成的厚度0.5 mm鉬板的室溫力學性能。相比之下,BX0.5鉬板的表面硬度和杯突值均高于BY0.5鉬板,其屈服強度、抗拉強度及斷后延伸率值也明顯高于BY0.5鉬板,表現(xiàn)出較高的力學性能。

表2 2種鉬粉加工成的厚度0.5 mm鉬板的力學性能

圖4是BX0.5鉬板和BY0.5鉬板的高溫力學性能圖?？梢钥闯?在相同溫度下,BX0.5鉬板的抗拉強度和屈服強度均高于BY0.5鉬板,雖然1 000℃后隨著溫度升高二者的強度差值逐漸縮小,但總體來看, BX0.5板相比BY0.5板在高溫下具有更好的高溫強度。

圖5是2種鉬板在900℃經(jīng)30 min退火后的金相照片。從圖中可以看出,經(jīng)900℃退火后, BX0.5鉬板組織仍呈纖維狀,而BY0.5鉬板則出現(xiàn)了大量的再結(jié)晶組織,這說明BX0.5板的再結(jié)晶溫度高于BY0.5鉬板。結(jié)合圖4的高溫力學性能圖,可以看出,相比BY0.5鉬板而言,BX0.5鉬板具有更好的高溫性能。

2.4 厚度0.2 mm鉬板的物理性能及組織

表3是厚度0.2 mm成品鉬板的力學性能。表中,IPA表示各向異性,其計算公式為:

式中,Imax、Imin及Imid分別表示軋制方向、垂直軋制方向、與軋制方向成45°方向上的強度值或者斷后伸長率值中的最大值、最小值及中間值。IPA值越大,表示材料的各向異性越明顯。

圖4 BX0.5板和BY0.5的高溫力學性能圖

圖5 900℃退火后鉬板的金相照片(200×)

表3 2種鉬粉加工成的厚度0.5 mm鉬板的力學性能

從表3可以看出,在相同的加工工藝和條件下,經(jīng)過交叉軋制后,BY0.2鉬板的表面硬度值小于BX0.2鉬板。BX0.2鉬板的杯突值高于BY0.2鉬板,而且其橫縱向的抗拉強度、屈服強度及斷后延伸率的差值也小于BY0.2鉬板,這3種力學性能的各項異性IPA值也都低于BY0.2鉬板。這說明相比BY0.2鉬板,BX0.2鉬板具有較好的各向同性,更適用于拉伸沖壓鉬元件的制備。

圖6是厚度0.2 mm鉬板退火后的金相組織。同樣可以看出,在相同退火溫度下,BY0.2鉬板的纖維組織大部分已經(jīng)寬化,再結(jié)晶特性比較明顯,而BX0.2鉬板的組織仍呈纖維狀,這也同樣說明BX0.2鉬板相比BY0.2鉬板具有較高的再結(jié)晶溫度。

3 試驗結(jié)果分析

從以上試驗結(jié)果可以看出,和常規(guī)Y鉬粉相比,粒度大小均勻、分散性好、團聚很少的X鉬粉制備出的鉬板表現(xiàn)出了良好的力學性能、優(yōu)異的高溫性能以及較好的各向同性性能。究其原因,就在于鉬粉本身的顯微形貌組織的差異。

常規(guī)鉬粉的顆粒大小不均勻,而且小顆粒團聚較為嚴重。由于鉬粉顆粒大小的不均勻性以及團聚顆粒的存在,在后續(xù)燒結(jié)過程中,因為大顆粒和小顆粒所需的燒結(jié)能量不同,因此在相同的燒結(jié)能量下晶粒生長趨勢也不一致,造成燒結(jié)板坯晶粒的大小不均勻。而顆粒的團聚導致團聚體的表面能下降,燒結(jié)活性降低,導致團聚態(tài)粉末相對周圍顆粒燒結(jié)滯后,形成“周圍優(yōu)先燒結(jié)”局面,當滯后燒結(jié)的團聚態(tài)粉體開始啟動燒結(jié)時,周邊已經(jīng)形成相對致密“墻”,致使揮發(fā)雜質(zhì)氣體無法排除,形成較多氣孔(圖3a)[6～8]。晶粒大小的不均勻以及較多燒結(jié)孔洞的存在會導致晶體在塑性變形中產(chǎn)生應力與變形的不均勻分布。晶粒大小的差別越大,孔洞越多,應力與變形分布的不均勻程度就越大。這種晶粒間受到的不均勻應力,必然造成晶體的變形不均勻,從而影響其加工性能及力學性能。

圖6 厚度0.2 mm鉬片退火后的金相組織(200×)

而顆粒大小均勻、分散性好的鉬粉,在后續(xù)燒結(jié)過程中,由于顆粒大小均勻,基本無團聚體存在,燒結(jié)所需能量趨于一致,因此燒結(jié)組織的晶粒大小也相對均勻。在進一步的塑性變形中,晶粒所受的應力均勻分布,變形程度也趨于一致,因此無論在單向軋制還是在交叉軋制過程中,晶粒受力分布及變形程度差異相對很小,體現(xiàn)出較好的“凝聚力”,表現(xiàn)出更好的變形一致性,從而體現(xiàn)出較好的加工性能和較高的力學性能。

因此,相比常規(guī)顆粒大小不均勻、團聚較為嚴重的鉬粉,具有顆粒大小均勻、分散性好、無團聚的鉬粉可在很大程度上提高燒結(jié)板坯的質(zhì)量,進而提高鉬板的加工性能和力學性能,得到品質(zhì)更好的鉬板產(chǎn)品。

4 結(jié) 論

利用2種不同形貌的鉬粉進行鉬板的加工試驗,通過對燒結(jié)板坯顯微組織以及鉬板的力學性能和退火組織進行比較分析,結(jié)果表明,鉬粉的形貌對鉬板的性能有很大影響。相比常規(guī)顆粒大小不均勻、團聚較為嚴重的鉬粉,顆粒大小均勻、分散性好、無團聚的鉬粉,其燒結(jié)板坯晶粒大小均勻,致密性好,加工出的鉬板具有較高室溫力學性能和高溫性能,其中交叉軋制的鉬板表現(xiàn)出了較好的各向同性。

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EFFECT OFMOLYBDENUM POWDERMORPHOLOGY ON PROPERTIES OFMOLYBDENUM SHEET

AN Geng,L IU Ren-zhi,L IJing,FU Jing-bo,BU Chun-yang
(Technical Center,JinduichengMolybdenum Co.,Ltd.,Xi’an 710077,Shaan’xi,China)

Using two kindsofmolybdenum powderwith differentmorphology as raw materials,Mo sheetswith thickness 0.5 mm and 0.2 mm respectively were prepared by the same process of pressing,sintering and rolling.The rollingway ofMo sheetswith 0.5 mm thicknesswas direct rolling and that ofMo sheetswith 0.2 mm thicknesswas cross rolling.The microstructure ofMo sintering slabswas observed by opticalmicroscope and SEM.The mechanical properties and annealed structure ofMo sheetswere compared and analyzed.The results showed that the molybdenum powdermorphology had great influence on the properties ofMo sheets.Compared with that from the molybdenum powderwith inhomogeneous particles and aggregation,theMo sintering slabs prepared by the the molybdenum powder with homogeneous particles,non-aggregation and better dispersion exhibited homogeneous grain structure and better compactness.TheseMo sheets also showed favorablemechanicalproperties and high-temperature perfor mances,and the cross-rollingMo sheets exhibited a good isotropy.

molybdenum powder;morphology;aggregation;molybdenum sheet;properties

TG146.4+12

A

1006-2602(2010)04-0039-05

2010-01-04

安 耿(1978-),男,碩士,工程師,主要從事金屬材料的研究開發(fā),現(xiàn)在金堆城鉬業(yè)股份有限公司技術(shù)中心金屬研究室工作。