鉬鑭合金板材高溫抗下垂性能的研究

祁美貴，鄭艾龍，黃志民，彭福生，封雪梅

（1.廈門虹鷺鎢鉬工業(yè)有限公司，福建 廈門 361021；2.成都虹波實業(yè)有限公司，四川 成都 610100）

鉬鑭合金板材高溫抗下垂性能的研究

祁美貴1，鄭艾龍1，黃志民1，彭福生1，封雪梅2

（1.廈門虹鷺鎢鉬工業(yè)有限公司，福建 廈門 361021；2.成都虹波實業(yè)有限公司，四川 成都 610100）

以粉末冶金法生產(chǎn)的180 mm×20 mm×1.5 mm鉬鑭合金板材為試驗原料，通過對比軋制和高溫定型處理制備的鉬鑭合金板材在1 750℃高溫和500 g重物荷載條件的下垂值，并研究了這兩種板材的組織形態(tài)。結(jié)果表明：采用常規(guī)工藝軋制的鉬鑭合金板材組織纖維發(fā)達，而采用了高溫定型處理后的鉬鑭合金板材形成了一種粗大、組織相互搭接的再結(jié)晶組織；在1 750℃高溫及500 g重物的載荷條件下，高溫定型后的鉬鑭合金板材的下垂值較小，其下垂值從常規(guī)工藝軋制的鉬鑭板的4.2 mm減小到1.8 mm，表現(xiàn)出良好的高溫抗下垂性能。

鉬鑭合金；下垂值；軋制；高溫定型

0 前言

鉬合金由于具有高的熔點、高的抗蠕變性能以及膨脹系數(shù)小、蒸汽壓低和良好的導(dǎo)熱性能，廣泛的用于冶金工業(yè)、電子工業(yè)，作為燒結(jié)承燒和電子熱沉積板等制品部件[1-3]。這就要求制造這些部件的合金板材在長時間的高溫和負載的條件下使用不能出現(xiàn)大的彎曲變形。鉬鑭合金由于氧化鑭顆粒的存在，提高了純鉬的再結(jié)晶溫度，有效地克服了純鉬板材高溫下存在彎曲變形大的問題[4-6]。國內(nèi)外學(xué)者對鉬合金板材的抗變形能力做了大量的研究[7]，譚栓斌[8]等研究了鉬鑭合金和TZM合金的高溫性能，郭讓民[9]等研究了鉬鑭合金板材的高溫彎曲性能，及軋制工藝對鉬鑭合金的抗彎曲性能的影響。

本研究主要針對在實際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的鉬鑭合金，開展和設(shè)計了軋制態(tài)和高溫定型處理態(tài)鉬鑭合金板材高溫負載條件下的下垂試驗，研究出了制備低下垂值鉬鑭合金板材的處理工藝。

1 試驗

試驗用鉬鑭合金板材采用粉末冶金方法制備的鉬鑭板坯，通過軋制的方法和后續(xù)的高溫定型處理獲得兩種不同組織形態(tài)的鉬鑭合金板材。板坯的化學(xué)成分如表1所示。

表1 鉬鑭合金板坯的化學(xué)成分Tab.1 Chemical composition of molybdenum lanthanum alloy

板坯的厚度為25 mm，采用常規(guī)熱軋制工藝軋制到1.5 mm（軋制態(tài)）。將軋制到1.5 mm的鉬鑭板在2 100℃進行3 h的高溫定型處理（高溫定型態(tài)）。將兩種形態(tài)的鉬鑭板進行切割制樣，測試樣品規(guī)格為180 mm×20 mm×1.5 mm，其中樣品長度方向為板材的軋制方向。然后將鉬鑭板放置在氫氣高溫爐內(nèi)，兩端平行支撐，支撐間距為100 mm和160 mm，試樣中部懸掛500g配重，如圖1所示。在1750℃和H2環(huán)境下進行下垂性能的測試。具體的測試方案如圖1所示，測試升溫曲線如圖2所示：從室溫升溫到1750℃用時6.86 h，然后保溫3.28 h，隨爐降至室溫之后，將試樣取出，放置于檢驗平臺上測定板材的下垂值。

圖1 高溫下垂試驗示意圖Fig.1 Sketch of high temperature sagging test

圖2 高溫下垂試驗升溫曲線圖Fig.2 Heat condition of high temperature sagging test

2 結(jié)果與討論

2.1 鉬鑭板高溫下垂值

圖3為兩種不同組織形態(tài)的鉬鑭合金板材高溫載荷條件下，支撐間距為100 mm時的下垂值的實物照片，下垂數(shù)據(jù)如表1所示。

圖3 鉬鑭合金板材高溫測試下垂值的實物Fig.3 Physical picture of Molybdenum lanthanum alloy sheets

表2 鉬鑭合金板材高溫下垂值測試數(shù)據(jù) mmTab.2 Sagging value of molybdenum lanthanum alloy sheets

從測試結(jié)果來看，兩種形態(tài)的鉬鑭合金板材都出現(xiàn)了明顯的變形，也就是說鉬鑭板材在高溫載荷的條件作用下，會發(fā)生塑性變形，對比兩組測試數(shù)據(jù)，可以看出經(jīng)過高溫定型處理后的鉬鑭板材的平均下垂值為1.8 mm，而原始的軋制態(tài)的鉬鑭板的平均下垂值為4.2 mm。從這一點上來看，經(jīng)過高溫定型處理后的板材更有利于產(chǎn)品在使用工況條件下具有良好的形狀保持能力，延長了產(chǎn)品的使用壽命。

值得指出的是，在開展鉬鑭板材高溫下垂試驗的過程中，板材的支撐間距對下垂值也有重要的影響，數(shù)據(jù)如表3所示，從表中可以看出，當(dāng)支撐間距為160 mm時，原始軋制態(tài)的鉬鑭板的下垂值高達14.5mm，即使經(jīng)過高溫定型后，下垂值依然為7.2mm。這說明在評價鉬鑭板的高溫下垂性能時，板材的支持間距也是重要的參數(shù)，當(dāng)支持間距為160 mm時，對于鉬鑭板材承受的彎矩約為200 Nmm，較支持間距為100 mm時擴大了1.6倍，板材在高溫下發(fā)生更為嚴(yán)重的變形。

表3 不同支撐間距條件下的鉬鑭合金板材高溫下垂值測試數(shù)據(jù)Tab.3 Sagging value of molybdenum lanthanum alloy sheets under varied condition

從這個意義上來講，在板材的高溫抗變形的評價上，目前還沒有統(tǒng)一的測試標(biāo)準(zhǔn)，因此在產(chǎn)品推廣和性能評價上，測試標(biāo)準(zhǔn)的確定對于材料的評價更為重要，更應(yīng)該明確具體的、統(tǒng)一的測試條件，這對于產(chǎn)品的推廣有更為實際的意義。

2.2 鉬鑭板材的組織形態(tài)

圖4為原始軋制態(tài)鉬鑭板的金相組織從圖中軋制方向上組織，可以看出，板材從厚度20 mm的鉬板坯經(jīng)過熱軋制加工至1.5 mm的厚度，變形量達到92.5%以上，對比分析板材的硬度變化，鉬鑭板材的硬度從行業(yè)內(nèi)標(biāo)稱的燒結(jié)態(tài)的150～160 HV30[7-8]上升到232HV30。對比燒結(jié)態(tài)的鉬鑭合金板材（見圖5），鉬顆粒發(fā)生了明顯的變形，從燒結(jié)態(tài)的等軸晶5 μm左右變形到長寬比大于30的纖維組織[3]。材料發(fā)生了明顯的加工變形，儲存了大量的變形能，從材料有金相組織來看，板材為致密的纖維組織，在垂直于軋制方向上的纖維組織較為短小，這與板材的橫向變形加工率較小有關(guān)，而在軋制方向上板材的微觀組織呈現(xiàn)明顯的熱加工纖維組織，纖維長度在50 μm左右。

圖4 原始軋制態(tài)鉬鑭合金板的組織形態(tài)Fig.4 Microstructure of original rolled molybdenum lanthanum alloy sheet

圖5 原始燒結(jié)態(tài)鉬鑭合金板的組織形態(tài)Fig.5 Microstructure of sintered molybdenum lanthanum alloy

圖6為經(jīng)過高溫定型處理的鉬鑭合金板的金相組織。從圖中可以看出，高溫定型后的組織呈現(xiàn)明顯的再結(jié)晶組織，板材的組織粗大，并相互搭接，軋制變形產(chǎn)生的加工變形能下降明顯，板材的硬度值降為158HV30。經(jīng)過高溫定型后，板材內(nèi)部組織粗大，并相互搭接，其晶粒組織更為穩(wěn)定，在高溫載荷下發(fā)生蠕變比較小。而原始軋制狀態(tài)下的鉬鑭合金板由于高度發(fā)達的纖維組織，具有高的加工儲能，在高溫條件下，晶粒更容易發(fā)生長大蠕變，也進一步說明，經(jīng)過高溫定型后的鉬鑭合金板材具有更加優(yōu)良的抗變形能力，使產(chǎn)品的使用壽命更長。

圖6 高溫定型態(tài)鉬鑭合金板的組織形態(tài)Fig.6 Microstructure of molybdenum lanthanum alloy sheet(high temperature heat treat)

3 結(jié)論

（1）高溫定型處理可以顯著改變板材的組織形態(tài)，經(jīng)過高溫定型后的鉬鑭合金板呈現(xiàn)一種粗大、組織相互搭接的再結(jié)晶組織，表現(xiàn)出更好的高溫抗蠕變性能。

（2）在1 750℃高溫和500 g重物的載荷條件下，高溫定型后的鉬鑭合金板材具有更小的下垂值，其下垂值從原始軋制態(tài)的4.2 mm減小到1.8 mm，表現(xiàn)出良好的高溫抗下垂性能和形狀保持能力，延長了產(chǎn)品的使用壽命。

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Sagging Properties of Molybdenum-Lanthanum Alloy at High Temperature

QI Meigui1,ZHENG Ailong1,HUANG Zhimin1,PENG Fusheng1,FENG Xuemei2

(1.Xiamen Honglu Tungsten&Molybdenum Industry Co.Ltd.,Xiamen 361021,Fujian,China;2.Chengdu Hongbo Industry Co.,Ltd.,Chengdu 610100, Sichuan,China)

Molybdenum-lanthanum alloy sheets were fabricated by rolling processing and high temperature heat treatment respectively.The sagging properties of two kinds of molybdenum-lanthanum alloy sheets at 1 750℃were studied.It showed that the sheet manufactured by conventional rolling process (CRP)had a strongly fibre microstructure,and the sheets with high temperature treatment(HTT)showed coarse and large interlocked grains.As a result,the sapping value of sheets with HTT is 1.8 mm，in comparison,the sheets manufactured by CRP is 4.2 mm.

molybdenum-lanthanum alloy;sagging value;rolling;high temperature treatment

TF124.33；TG337.1

A

10.3969/j.issn.1009－0622.2016.06.010

2016-10-08

祁美貴（1984-），男，山西應(yīng)縣人，工程師，主要從事難熔材料及制品的研究開發(fā)。