軋制鉬桿生產(chǎn)磁控管用鉬絲質(zhì)量問題淺析

高 賢，汪超眾

（金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 西安 710077）

鉬是高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度金屬，經(jīng)過粉末冶金、壓力加工方法制取鉬板、棒、絲，因其塑脆轉(zhuǎn)變溫度低，良好的導(dǎo)電、高溫、工藝性能，被廣泛應(yīng)用于制造高溫加熱元件和高溫結(jié)構(gòu)元件。用于制作微波爐磁控管陰極引線的鉬絲是以軋制鉬桿為原料，經(jīng)過多道次拉絲后，再進(jìn)行表面化學(xué)清洗、電解拋光或無芯研磨后，得到成品鉬絲，即：“磁控管用鉬絲”（圖1）。磁控管用鉬絲要求規(guī)格一般直徑為1.30～1.55 mm，直徑公差±0.01 mm，抗拉強(qiáng)度 900～1 100 MPa，延伸率≥10%，C-C線長度公差0.20～0.30 mm。

圖1 磁控管用鉬絲

目前，國外公司產(chǎn)品質(zhì)量一直很好，為用戶所接受，但價格很高，而國內(nèi)基本上沒有哪個生產(chǎn)廠家能完全滿足國外用戶對磁控管鉬絲的質(zhì)量要求，存在許多質(zhì)量問題，其表現(xiàn)在：鉬絲彎折劈裂，有裂紋；表面不光滑，有劃痕；表面掉皮嚴(yán)重、花絲；硬度偏高，表現(xiàn)在用戶彎折做成“Z”字形后兩條線中心線C-C線長度偏差值超限；絲經(jīng)公差不能穩(wěn)定；橢圓度不能保證；焊接性能不穩(wěn)定等。針對以上問題，筆者為探索生產(chǎn)質(zhì)量合格的磁控管用鉬絲進(jìn)行工藝試驗(yàn)，以期對生產(chǎn)提供有益的幫助。

1 試驗(yàn)原材料及條件

試驗(yàn)選取軋制態(tài)直徑7.4 mm純鉬桿為原料，要求截取鉬桿頭部開裂和尾部縮孔部分，且表面不能有劃痕、起皮、凹坑、眼觀裂紋等缺陷，鉬桿內(nèi)部為纖維組織。選取拉伸模均為聚晶模。根據(jù)設(shè)定的工藝?yán)煦f絲，按企標(biāo)檢測鉬絲直徑公差，利用萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行機(jī)械性能測試。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 絲徑尺寸公差對磁控管鉬絲質(zhì)量的影響

鉬絲直徑的一致性以及尺寸公差問題一直是影響鉬絲使用的關(guān)鍵因素，它對光電參數(shù)和使用壽命影響很大。生產(chǎn)實(shí)際中，一般過渡模使用硬質(zhì)合金，但由于其本身材料的特點(diǎn)，很難保持圓形，而人造金剛石（聚晶）拉絲模強(qiáng)度和硬度高，均一性能好、耐沖擊性較強(qiáng)，不易損壞，且其保持原形能力強(qiáng)，拉出的絲直徑均勻，表面光亮的優(yōu)點(diǎn)，一般被用于拉伸成品的最后道次[1]。它的使用壽命高，而且因摩擦力小，還可以節(jié)約動力消耗和提供絲材尺寸的穩(wěn)定性及表面質(zhì)量。最終成品鉬絲的直徑通過控制模具的尺寸公差和模具拉絲的數(shù)量來控制。試驗(yàn)采用聚晶模，研究模具的不同尺寸公差對磁控管用鉬絲的直徑影響，結(jié)果見表1。

表1 模具尺寸公差對磁控管鉬絲絲徑的影響

從表1可以看出，模具正公差+0.01 mm時，鉬絲直徑合格，而模具負(fù)公差-0.01 mm時，鉬絲的直徑有超過鉬絲直徑的下限。由于鉬絲經(jīng)過高溫拉伸變形出模具后，鉬絲會出現(xiàn)縮絲現(xiàn)象，因此，負(fù)公差太大時，超出鉬絲公差范圍。但是當(dāng)負(fù)公差為-0.004 mm時，不管拉伸一根鉬絲還是10根鉬絲，鉬絲直徑依然在公差范圍內(nèi)?？梢?，拉伸磁控管用鉬絲時，當(dāng)模具公差為1.52 mm+0.01 mm-0.004 mm時，鉬絲直徑合格。

2.2 鉬絲表面缺陷對磁控管用鉬絲質(zhì)量的影響

2.2.1 鉬絲劈裂

鉬絲生產(chǎn)中頭部、尾部易出現(xiàn)劈裂狀況嚴(yán)重。拉伸過程中，鉬絲的頭道次變形量應(yīng)大于35%，才能使變形深入到芯部，使邊部與芯部的組織均勻。而開坯拉伸時鉬絲直徑從7.4 mm到6.8 mm的變形程度不超過16%。變形不能深入到芯部，斷面金屬流動不均勻加劇，使材料存在較大內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)工藝控制不當(dāng)時，易促使絲材縱向劈裂。頭部劈裂沿絲軸向發(fā)展，甚至貫穿整根絲材。在拉伸變形量不足的情況下，如果變形溫度過低，會加速導(dǎo)致劈裂產(chǎn)生[2]。尤其是拉伸時頭部和尾部加熱不及時或溫度過低，最容易產(chǎn)生劈裂，隨著變形程度增加，劈裂擴(kuò)展，最終表現(xiàn)為頭部和尾部很長的劈裂。所以，造成鉬絲劈裂的主要原因是拉絲工藝加熱溫度不夠造成的。

為提高拉伸開坯前兩道次的拉絲溫度，增加R180加熱爐膛的長度（表2）。生產(chǎn)出的鉬絲經(jīng)過檢驗(yàn)，頭部和尾部依然存在較長的劈裂，一端約12～15m，但整體劈裂的情況已經(jīng)得到了改善。

表2 拉伸開坯工藝

為了徹底解決頭尾劈裂的問題，除提高整體拉絲工藝的溫度，每一道次掉頭拉伸，R180和R150工序中，鉬絲頭部需先加熱2～3 min后再進(jìn)行穿絲，拉至尾部時用鉗子將絲尾壓入爐膛中，以使頭部和尾部加熱充分。生產(chǎn)出的鉬絲經(jīng)過檢驗(yàn)，頭和尾一般只有3～5m的劈裂，劈裂現(xiàn)象已得到了根本的解決。

因此，拉伸時提高工藝溫度，尤其是前兩道次的拉伸溫度和每一道次掉頭拉伸，使頭部和尾部加熱充分從而徹底解決鉬絲劈裂的問題。

2.2.2 鉬絲毛刺問題

桿料表面存在裂紋、粗糙不平、劃痕或者表層纖維組織不完整，粗絲拉伸階段很容易暴露出來，形成毛刺。根據(jù)資料[2]以及經(jīng)驗(yàn)得知，增加在線退火可達(dá)到凈化絲材表面，消除表面沾污和缺陷（如小毛刺、氧化皮、微裂紋等）。增加在線氧化退火對鉬絲質(zhì)量的影響結(jié)果見表3。

表3 在線氧化退火對鉬絲質(zhì)量的影響

從表3可以看出，增加在線氧化退火成品鉬絲表面幾乎無毛刺，原因是通過在線氧化退火可以在鉬絲表面的毛刺經(jīng)高溫氧化揮發(fā)掉。因此，在直徑為3.7mm和3.17 mm道次階段增加在線退火，可以完全消除表面的毛刺。

2.2.3 鉬絲表面質(zhì)量

絲材表面存在凹坑，裂紋還有掉皮和小白點(diǎn)等缺陷[3]以及在直徑為3.7 mm和3.17 mm在線退火時氧化物凝結(jié)于表面，成品道次和在直徑為1.75 mm道次時，石墨乳比重偏大，都會造成石墨乳涂覆不均勻。

為了解決鉬絲掉皮、小白點(diǎn)等問題，除檢查每一道次絲材表面情況，及時處理缺陷外，還需采取以下措施：（1）調(diào)整在線退火的絲材高度，使其高于模架孔，利于氧化鉬盡量擴(kuò)散；（2）打開在線退火設(shè)備的模具架空氣，以利于絲材表面氧化鉬揮發(fā)；（3）在拉伸設(shè)備定位孔前加一潮濕手套，蹭去絲材表面殘留的氧化鉬。鉬絲每道次進(jìn)行表面檢查和處理，加強(qiáng)在線退火工藝控制后，生產(chǎn)出的鉬絲掉皮現(xiàn)象已經(jīng)不存在，但是還是存在少量“小白點(diǎn)”（圖2）。

一般認(rèn)為，拉伸過程中石墨乳的比重對鉬絲表面的質(zhì)量影響很大。石墨乳作為潤滑劑，涂敷在鉬絲表面，不僅可以減少摩擦力，使拉絲能夠順利進(jìn)行，還可以保護(hù)絲材加熱時表面不被氧化。不同的工序和壓縮比要求不同比重的石墨乳。拉伸磁控管用鉬絲的最后兩個道次直徑為1.75 mm和1.52 mm的不同石墨乳的比重對鉬絲表面質(zhì)量影響見表4。

從表4可看出，選擇比重大的石墨乳，易導(dǎo)致鉬絲表面顏色不均勻。原因是造成涂層過厚附著力不強(qiáng)，加熱過程中不易烤干，而且在模具入口區(qū)易形成條狀，出模具后導(dǎo)致鉬絲表面顏色不均勻，掉皮、花絲。但是選擇比重小的石墨乳時，鉬絲表面石墨乳涂層太薄，潤滑性能下降，摩擦力增加，易引起表面氧化、縮絲和斷絲等現(xiàn)象[1]。綜合考慮，最后兩個道次的石墨乳比重都選擇1.03～1.04 g/cm3。

圖2 加強(qiáng)在線退火工藝控制后的鉬絲

表4 不同石墨乳比重對鉬絲表面質(zhì)量的影響

2.3 鉬絲力學(xué)性能問題

鉬絲拉伸工藝的拉伸起點(diǎn)為直徑7.4 mm，采用大轉(zhuǎn)盤大道次壓縮比拉伸，鉬絲加工硬化速率較快。從7.4mm加工到1.52mm壓縮比在95.61%～96.92%，總壓縮比過大，造成了鉬絲“過拉”現(xiàn)象，使成品鉬絲變形抗力較大，抗拉強(qiáng)度和硬度偏高，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變[4]。需要增加中間退火，消除加工硬化，保證成品鉬絲的強(qiáng)度和延伸率符合要求。不同退火點(diǎn)對鉬絲力學(xué)性能的影響結(jié)果見表5。

表5 不同退火點(diǎn)對鉬絲力學(xué)性能的影響

從表5可以看出，退火點(diǎn)為鉬絲直徑2.3 mm時，鉬絲的力學(xué)性能較差，不達(dá)標(biāo)。主要原因是離成品道次較遠(yuǎn)，即使直徑2.3 mm退火后力學(xué)性能能較好，但經(jīng)過3個道次后，鉬絲還會存在表面硬化現(xiàn)象，致使強(qiáng)度增加。而選擇退火點(diǎn)為鉬絲直徑2.0mm和1.75 mm時，鉬絲理學(xué)性能均達(dá)到要求。但直徑1.75 mm退火的鉬絲，由于離成品道次只有一個道次，鉬絲出現(xiàn)了“脆點(diǎn)”，所以選擇退火點(diǎn)為鉬絲直徑2.0 mm。但成品鉬絲物理性能趨于上限，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在線退火可以使絲材消除表面部分加工硬化（強(qiáng)度下降50 MPa），提高絲材進(jìn)一步加工的塑性。因此為了保證鉬絲物理性能，還需要在成品道次增加在線退火，溫度750℃±50℃。增加在線退火生產(chǎn)出的鉬絲物理性能可達(dá)標(biāo)。

因此，選擇鉬絲直徑2.0 mm為退火點(diǎn)，并且在成品道次增加在線退火，則鉬絲物理性能完全符合要求。

3結(jié) 論

（1）磁控管用鉬絲拉伸模具公差：成品直徑為+0.01 mm-0.004 mm。

（2）拉伸時提高工藝溫度，每一道次掉頭拉伸，頭部和尾部的加熱充分可以徹底解決鉬絲劈裂的問題。

（3）在鉬絲直徑3.7 mm和3.17 mm道次階段增加在線退火，可以完全消除表面的毛刺。

（4）鉬絲每道次進(jìn)行表面檢查和處理，加強(qiáng)在線退火工藝控制，降低成品道次和直徑1.75 mm道次的石墨乳的比重至1.035～1.04 g/cm3，使得鉬絲表面質(zhì)量得到顯著提高。

（5）選擇鉬絲直徑2.0 mm為退火點(diǎn)，并且在成品道次增加在線退火后，鉬絲物理性能完全符合要求。

[1] 印協(xié)世．鎢絲生產(chǎn)原理、工藝及其性能[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1998.

[2] 吳興剛.鉬絲劈裂成因分析[J].中國鉬業(yè)，2007，31（1）：38-40.

[3] 周美玲.難熔金屬材料及加工[M].湖南：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1983.

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