王維一，劉兆剛

（1.西北稀有金屬材料研究院，寧夏 石嘴山 753000；2.寧夏特種材料重點實驗室，寧夏 石嘴山 753000）

國內(nèi)鈹箔軋制技術研究

王維一1，2，劉兆剛1，2

（1.西北稀有金屬材料研究院，寧夏 石嘴山 753000；2.寧夏特種材料重點實驗室，寧夏 石嘴山 753000）

介紹了目前國內(nèi)鈹箔軋制的基本技術，從鈹箔軋制主要工序、鈹箔軋制主要環(huán)節(jié)兩方面研究了鈹箔軋制過程中的技術要點、操作要領。并對鈹箔軋制過程中常出現(xiàn)的一些現(xiàn)象進行了分析，結合實踐，提出了有效的解決辦法。

鈹箔；軋制；塑性變形；表面質(zhì)量

近年來，隨著科學技術的高速發(fā)展，鈹箔的應用領域及發(fā)展空間日趨廣闊。其應用領域已滲透到X射線窗口、電子儀器球管、精密儀表、高音揚聲器膜、高效散熱片、高效熱屏蔽等多個方面。然鈹是一種極其脆硬的稀有金屬，其密排六方晶體結構導致鈹在生產(chǎn)鈹箔過程中顯示出極差的軋制塑性。正因如此，鈹曾一度被人們認為是一種非塑性、不可軋制的金屬，將其軋制成鈹箔的難度可見一斑。我國自上世紀六七十年代開始研制鈹箔至本世紀初，經(jīng)過幾代人的精心研制，鈹箔的軋制技術雖有了一定的進展，然而與國外鈹箔軋制技術比較還存在很大的差距。當時只能生產(chǎn)出50 μm厚以上、外形尺寸僅20 ×20 mm以內(nèi)的鈹箔產(chǎn)品，且年產(chǎn)能力不到一百片。為此，西北稀有金屬材料研究院近年來對鈹箔的軋制技術進行了細致研究，最終取得了很大的進展。目前已具備生產(chǎn)厚度薄至10 μm、外形尺寸可達到140×140 mm鈹箔產(chǎn)品的軋制技術，同時年產(chǎn)能力超過一千片。西北稀有金屬材料研究院的鈹箔軋制技術，大大縮小了與國外鈹箔軋制技術的差距。

1 鈹箔軋制主要工序

1.1 包套配制

由于鈹錠在裸態(tài)熱軋時表面極易氧化、溫降過快，且其內(nèi)部組織在二向拉應力、一向壓應力的應力狀態(tài)［1］下表現(xiàn)出極差的熱軋塑性。因此，為了防止鈹錠熱軋時表面氧化及溫降過快、為了改變鈹錠熱軋時的應力狀態(tài)以提高其熱軋塑性、同時為了起到防護作用，鈹錠應配制包套后再進行熱軋開坯。

1.2 熱 軋

熱軋是在再結晶溫度以上進行的軋制，其主要參數(shù)為加熱溫度與加熱時間［2］。溫度過高或加熱時間過長會造成軋料過燒；溫度過低或加熱時間過短會造成軋料夾生，熱軋時極易產(chǎn)生裂紋甚至軋裂。

1.3 去包套

以往鈹錠熱軋結束后采用酸洗法除去包套，新工藝去包套法：采用等離子切割機切割包套四周邊緣，然后將鈹板從包套中取出。采用等離子切割法去包套相對酸洗法有以下優(yōu)點：防止環(huán)境污染、提高工作效率、節(jié)約材料消耗。

1.4 溫 軋

由于鈹?shù)睦滠埶苄詷O差，一般0.1 mm以上的鈹材無法用冷軋的軋制方式完成較大的加工量，因此對于鈹材在最大可冷軋厚度以上的軋制采用既有較好的軋制塑性又能提高板面質(zhì)量的溫軋方式，鈹材溫軋的適宜溫度應控制在其塑性溫度區(qū)。

按照合理工藝溫軋后的鈹板，其裂邊已大幅度降低，然鈹軋制時畢竟存在著脆裂性，個別鈹板軋制時難免會出現(xiàn)裂邊或微裂邊，這將影響鈹箔軋制的大尺寸化。為此，須將出現(xiàn)裂邊或微裂邊的鈹板先修邊，后進行90°換向軋制，將尺寸小的方向換成軋制方向以便延伸其尺寸，以保證鈹箔軋制的大尺寸化。

1.5 退 火

在鈹箔的軋制過程中共經(jīng)歷三種類型的熱處理退火，分別為均勻化退火、中間退火、成品退火［3］。

均勻化退火的目的是為了消除鈹錠的內(nèi)應力，同時也是為了改善鈹錠內(nèi)部組織結構。

中間退火的目的是為了消除鈹箔在軋制過程中由于產(chǎn)生了加工硬化而形成的內(nèi)應力，同時也是為了改善鈹板內(nèi)部組織結構。

成品退火的目的是為了控制鈹箔成品的各項性能，其退火工藝依成品的性能要求而定。

1.6 酸 洗

由于鈹在高溫時極易氧化，因此，鈹在熱軋、溫軋及退火時其表面因氧化而極易形成一層氧化膜。酸洗的目的就是為了消除鈹材表面的氧化膜及一些表面缺陷。酸洗時間以鈹材表面呈現(xiàn)光亮且無氧化膜、無明顯表面黑點、無污點為準。酸洗時間與酸洗料的多少及厚度有關。

1.7 冷 軋

冷軋是軋制鈹箔的主要方式。當鈹材經(jīng)過大加工量的熱軋、溫軋至0.1 mm時可采取冷軋的軋制方式來完成后序的軋制過程。

2 鈹箔軋制主要環(huán)節(jié)

2.1 溫軋塑性溫度區(qū)確定

借助拉伸試驗，測定多個關鍵溫度點的延伸率，結果見表1。根據(jù)拉伸試驗結果，制作如圖1所示的溫度－延伸率關系曲線，根據(jù)所制作的溫度－延伸率關系曲線，選擇曲線上延伸率最佳曲線段所對應的溫度區(qū)間為鈹材溫軋塑性溫度區(qū)。

表1 拉伸試驗結果

圖1 溫度－延伸率關系曲線圖

2.2 提高鈹箔表面質(zhì)量

提高鈹箔表面質(zhì)量是鈹箔軋制中的關鍵環(huán)節(jié)。鈹箔表面質(zhì)量不僅影響其產(chǎn)品外觀，同時也是影響鈹箔產(chǎn)品整體質(zhì)量的重要因素。

2.2.1 潤滑軋制

在鈹箔冷軋過程中，采用潤滑劑可降低軋制摩擦，減緩軋輥表面光潔度的降低速度，降低軋輥表面溫度，從而提高軋制后的鈹箔表面光潔度。

2.2.2 表面處理

鈹箔冷軋過程采用潤滑軋制后，可采用有機試劑，如酒精、三氯乙烯、四氯化碳等將其表面殘留的油污、污痕等缺陷除去。

2.2.3 熱處理時的“密封”處理

由于熱處理是在高溫下進行的，高溫下鈹箔表面極易被氧化，從而嚴重影響鈹箔表面質(zhì)量。因此熱處理前必須對鈹箔進行“密封”處理，采取“密封”處理后的鈹箔經(jīng)過高溫熱處理時其表面只產(chǎn)生輕微的氧化，從而提高了鈹箔的表面質(zhì)量。

2.2.4 表面化洗

鈹箔經(jīng)潤滑冷軋后，其表面會留有油污、污痕，經(jīng)過有機試劑處理后，仍會有殘留。另外，鈹箔的熱處理是在高溫下進行的，高溫下鈹箔表面極易被氧化，熱處理前即便對鈹箔進行“密封”處理，其表面還是會產(chǎn)生輕微的氧化而形成一層氧化鈹薄膜。采用合理的表面化洗方法，可將鈹箔表面的油污、污痕及氧化鈹薄膜除去。

2.3 降低鈹箔軋制裂邊

降低軋制裂邊是鈹箔軋制中的重點環(huán)節(jié)。由于鈹箔軋制尤其冷軋時顯示出極其強烈的脆裂性和低塑性，軋制裂邊很難避免，如果軋制裂邊得不到降低則很難軋制出大尺寸鈹箔。

2.3.1 多道次、小壓下的壓下分配

由于鈹箔冷軋時顯示極強的脆裂性和低塑性，壓下過大時極易出現(xiàn)裂邊，因此必須采取多道次、小壓下的壓下分配來進行軋制方能降低軋制裂邊。

2.3.2 均勻化的道次壓下規(guī)律

在鈹箔軋制時，對每道次的壓下調(diào)整應盡量均勻化，以便使其道次塑性變形及延伸均勻化，從而保證了良好的表面平整度及厚度尺寸的均勻分布，以降低軋制時由于塑性變形不均勻而產(chǎn)生的軋制負應力，從而降低軋制裂邊。

2.3.3 斜軋的軋制方式

由于鈹箔冷軋時會出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象，退火后的鈹箔軋制到一定的程度時，其軋制方向即縱向的屈服應力已大于其橫向的屈服應力［1］，從而使變形量傾向于屈服應力較小的橫向，導致橫向的變形量增大，最終橫向出現(xiàn)了較大的寬展，此時極易出現(xiàn)裂邊。針對這種現(xiàn)象，在冷軋鈹箔材時可采用斜軋的軋制方式，以降低由于其軋制方向即縱向的屈服應力已過大而產(chǎn)生的軋制裂邊；同時既可充分利用橫向較大的變形量而加快鈹箔的變形速度以縮短鈹箔的軋制周期，又可充分利用橫向較大的寬展以加大其尺寸，有利于鈹箔軋制的大尺寸化。

2.4 提高鈹箔表面平整度

表面平整度的提高對大尺寸鈹箔來說顯得尤為重要，即使其它技術指標都很好，如果大尺寸鈹箔表面不平整，即平整度不高，則無法成為一項合格的大尺寸鈹箔產(chǎn)品。

熱處理時將鈹箔放置在兩塊平整度很好的厚鋼板中間，然后再在鋼板正上方施加適當重量的重物起施壓作用。當熱處理溫度達到再結晶溫度時，在重物的重力施壓作用下，鈹箔產(chǎn)生了矯平塑性變形，從而起到了高溫施壓矯平效果，最終提高了鈹箔的表面平整度。值得注意的是鈹箔高溫施壓矯平時施加的重物重量一定要適當，過輕則起不到矯平作用，過重則極易使鈹箔相互間產(chǎn)生粘連。另外鈹箔厚度不同則高溫施壓矯平時所施加的重物重量有所不同，隨著高溫施壓矯平的鈹箔厚度的遞減所施加的重物重量也應隨之遞減。

2.5 提高鈹箔軋制塑性及氣密性

金屬的塑性與氣密性除了其材質(zhì)即金屬本性的重大影響之外，后序加工過程中還可以利用合理的工藝通過改善其內(nèi)部微觀組織結構，最終提高其軋制塑性及氣密性。對鈹箔的軋制來說，在原材料選定的情況下，鈹箔能否軋制成功，關鍵在于其內(nèi)部微觀組織結構能否得到改善，具體地說其晶粒能否細化、晶粒分布能否均勻化。針對這一思路在鈹箔軋制工藝方面做了大量的細致對比試驗研究工作，并對不同試驗下的鈹箔料取樣做金相以觀察其內(nèi)部微觀組織結構的變化，對金相結果做了仔細的分析。

2.5.1 其它工藝條件相同，兩次退火間加工率不同

在眾多結果基本相同的對比試驗中列舉了加工率不同的試驗，試驗結果見表2，試驗金相圖如圖2所示。

表2 加工率不同的對比試驗結果

圖2 加工率不同的對比試驗金相圖

表2的對比試驗結果及圖2的對比試驗金相表明：在其它工藝條件相同情況下，兩次退火間的加工率越大，其晶粒尺寸越小、晶粒分布越均勻，同時在后序的軋制時表現(xiàn)出的塑性越好。因此，在塑性允許的范圍內(nèi)，軋制鈹箔時盡可能大地使用大加工率進行軋制，有利于細化晶粒、均勻晶粒分布、提高軋制塑性及氣密性，同時也提高了軋制效率。

2.5.2 其它工藝條件相同，熱處理工藝不同

2.5.2.1 熱處理其它工藝參數(shù)相同，保溫時間不同在眾多結果基本相同的對比試驗中列舉了保溫時間不同的對比試驗，試驗結果見表3，試驗金相圖如圖3所示。

表3 保溫時間不同的對比試驗結果

圖3 保溫時間不同的對比試驗金相圖

2.5.2.2 熱處理其它工藝參數(shù)相同，保溫溫度不同

在眾多結果基本相同的對比試驗中列舉了保溫溫度不同的對比試驗，試驗結果見表4，試驗金相圖如圖4所示。

圖4 保溫溫度不同的對比試驗金相圖

表4 保溫溫度不同的對比試驗結果

表3、表4的對比試驗結果及圖3、圖4的對比試驗金相表明：在其它工藝條件相同情況下，熱處理工藝不同，其對應微觀晶粒尺寸不同。具體地說；在熱處理其它工藝參數(shù)相同下，保溫溫度越低，晶粒尺寸越小，同時在后序的軋制時表現(xiàn)出的塑性越好；在熱處理其它工藝參數(shù)相同下，保溫時間越短晶粒尺寸越小，同時在后序的軋制時表現(xiàn)出的塑性越好。

因此，在保證熱處理充分及退火時完全再結晶的前提下，為細化晶粒、均勻組織、提高軋制塑性及氣密性，則盡可能地降低熱處理時的保溫溫度，縮短熱處理時的保溫時間。

3 結 語

對于國外的鈹箔軋制技術，從查閱到的相關資料得知，目前國外軋制的鈹箔最薄厚度為7～8 μm，最大外形尺寸約200×200 mm。由此可見，我國的鈹箔軋制技術與國外相比雖懸殊不大但還是存在一定的差距。

［1］ 王廷溥.金屬塑性加工學［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1988.

［2］ 楊守山.有色金屬塑性加工學［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1982.

［3］ 崔忠.金屬學與熱處理［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1987.

Overview of Beryllium Foil Rolling Technology in China

WANG Wei-yi1，2，LIU Zhao-gang1，2

（1.Northwest Rare Metal Material Research Institute，Shizuishan 753000，China；2.Key Laboratory of Ningxia Specialty Materials，Shizuishan 753000，China）

Introduces the basic beryllium foil rolling technology in China，and from beryllium foil rolling process，beryllium foil rolling links two major aspects，researches the beryllium foil rolling process techniques and operations essentials.Beryllium foil rolling process and phenomenon often appearing is analyzed.Combined with practice，it proposes effective solutions.

beryllium foil；rolling；plastic deformation；surface quality

TG335.5＋8

A

1003－5540（2015）05－0057－04

2015－07－28

王維一（1969－），男，教授級高級工程師，主要從事稀有金屬鈹材壓力加工方面的研究。