李 偉，何天軍，駱銀福

（成都虹波實(shí)業(yè)股份有限公司，四川成都610031）

摻鈷鎂新型線切割鉬絲的制備

李 偉，何天軍，駱銀福

（成都虹波實(shí)業(yè)股份有限公司，四川成都610031）

介紹了一種摻鈷鎂新型線切割鉬絲的制備方法。在二氧化鉬粉中加入鈷、鎂元素，經(jīng)粉末冶金和機(jī)械加工制作出用于電火花線切割加工的鉬合金電極絲。不僅改善了線切割用鉬絲的高溫性能、抗拉強(qiáng)度、放電效率和抗損性能，而且提高了其應(yīng)用價值。

電火花線切割加工；鉬絲；鈷；鎂

線切割鉬絲廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代模具加工中，隨著電光源行業(yè)的持續(xù)萎縮，線切割鉬絲在鉬金屬深加工行業(yè)中占據(jù)越來越重要的位置。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)線切割鉬絲用量每年可達(dá)40億米以上，折合金屬量約1060 t，經(jīng)濟(jì)價值在3.5億元以上。

目前市面上的線切割鉬絲主要有兩種材質(zhì)：純鉬及鉬鑭合金。在同等加工條件下分別體現(xiàn)出不同的使用性能，對比如下：

（1）高溫性能。在電火花線切割加工中，由于電弧放電作用，純鉬電極絲的工作溫度超過1200℃時易發(fā)生脆斷，鉬鑭電極絲的工作溫度超過1400℃時易發(fā)生脆斷。

（2）強(qiáng)度。在電火花線切割加工中，連續(xù)移動的鉬絲易因強(qiáng)度不足而被拉斷。在直徑0.18 mm規(guī)格時，純鉬電極絲的抗拉強(qiáng)度為1800～2200 N/mm2，而鉬鑭電極絲的抗拉強(qiáng)度為1900～2300 N/mm2。

（3）放電性能。在直徑0.18 mm規(guī)格時，純鉬電極絲的金屬切割量約為4000 mm2/h，而鉬鑭電極絲的金屬切割量約為4500 mm2/h。

（4）抗損性能。在直徑0.18 mm規(guī)格時，純鉬電極絲的直徑損耗量約為0.000 687 5 mm/h，而鉬鑭電極絲的直徑損耗量約為0.000 656 5 mm/h。

（5）綜合性能。在直徑0.18 mm規(guī)格時，純鉬電極絲單次上絲的金屬平均切割量達(dá)到20萬mm2、鉬鑭電極絲單次上絲的金屬平均切割量達(dá)到30萬mm2，電極絲就會發(fā)生斷絲或損耗嚴(yán)重而需被更換。

綜合上述使用性能的對比，目前市場上主流使用鉬鑭合金絲作為線切割用電極絲。但在當(dāng)前的切割行業(yè)中，鉬鑭合金絲仍存在斷絲率高、切割效率低、使用壽命不長等問題。因此，本文立足于線切割鉬絲材質(zhì)的研究，通過加入微量元素來降低線切割鉬絲使用過程中的斷絲率，改善線切割鉬絲的放電效率，從而實(shí)現(xiàn)線切割鉬絲綜合價值的提升。

1 材質(zhì)需求分析

線切割加工對電極絲的使用要求主要體現(xiàn)在斷絲率、放電效率及材料損耗等方面。通過提高放電效率和減小材料損耗，可達(dá)到降低電極絲的斷絲率、提高綜合使用價值的目的，其質(zhì)量性能包括絲材的延展性、導(dǎo)電性、電子逸出功、抗拉強(qiáng)度、耐沖擊腐蝕性等方面。本文主要針對電極絲材質(zhì)進(jìn)行研究，通過添加鈷、鎂元素，改善電極絲的機(jī)械性能和電化學(xué)性能。添加元素后，絲材性能的改善主要體現(xiàn)在：延展性能得到明顯提升，高延展性的絲材在切割過程中的抗沖擊能力增加，從而緩解絲材斷裂，延長絲材使用壽命；電阻率得到提升，同等電流工作條件下，絲材的放電功率增大，切割效率得到提升。

2 鈷鎂電極絲制造過程

項(xiàng)目采用鉬合金電極絲在二氧化鉬粉中加入硝酸鈷、硝酸鎂溶液，通過粉末冶金方法制成金屬坯，再通過壓力加工制作出用于線切割加工的摻鈷鎂鉬合金電極絲。

鎂元素具有比剛度和比強(qiáng)度高、密度低、散熱性、減震性、電磁屏蔽性好等一系列優(yōu)良的性能；鈷元素可將合金組成中的其他金屬晶粒結(jié)合在一起，使材料具備更高的韌性，并減少對沖擊的敏感性，特別是在高溫條件下，鈷基合金的優(yōu)越性更明顯。在二氧化鉬中同時加入鎂、鈷元素，能細(xì)化晶粒抑制失效過程的晶界反應(yīng)，改善熱處理工作性能，提高機(jī)械性能并降低彈性后效值。項(xiàng)目進(jìn)一步的改進(jìn)是：鈷元素從硝酸鈷溶液中獲得，鎂元素從硝酸鎂溶液中獲得，因?yàn)槿芤号c二氧化鉬粉更易混合。

摻鈷鎂鉬合金電極絲的制造過程如下：

（1）將二氧化鉬粉裝入混料機(jī)中。

（2）將硝酸鈷溶液和硝酸鎂溶液混合后倒入加液器，并以噴霧方式加入混料機(jī)中，邊加入邊混合。

（3）加純水洗滌加液器，將洗滌液加入混料機(jī)中。

（4）將二氧化鉬粉與硝酸鈷溶液、硝酸鎂溶液混合后加熱烘干，邊加熱邊混合。

（5）冷卻到室溫后取出摻雜的二氧化鉬粉。

（6）二次還原制成鉬粉，經(jīng)篩粉、混合、壓坯、中頻燒結(jié)及壓力加工，可制造出摻鈷鎂的鉬合金電極絲。

3 測試效果

對采用上述方法制造的鉬合金電極絲進(jìn)行延展性能、放電性能、抗損性能等測試，結(jié)果見表1?？煽闯?，在相同加工條件下，同規(guī)格的直徑0.18 mm的鈷鎂合金絲，其絲材的延展性和電阻率比鉬鑭合金絲明顯改善；但因目前鈷鎂合金絲在開坯方式上仍采用旋鍛開坯，不同于鉬鑭合金絲的軋機(jī)開坯，且添加元素的差異導(dǎo)致在成品強(qiáng)度上，鈷鎂合金絲略低于鉬鑭合金絲。此外，在相同切割條件下，同規(guī)格的直徑0.18 mm的鈷鎂合金絲，其切割效率和切割面積比鉬鑭合金絲更具優(yōu)勢。

表1 鈷鎂合金絲及鉬鑭合金絲的性能對比

4 機(jī)理分析

4.1 成分比對

表2是兩種電極絲的主要成分比對，其差異體現(xiàn)在摻雜元素方面。添加鈷、鎂元素能細(xì)化晶粒抑制失效過程的晶界反應(yīng)，改善熱處理工作性能，提高機(jī)械性能并降低彈性后效值，因此體現(xiàn)出鈷鎂合金絲的延展性及電阻率高于鉬鑭合金絲。反之，鑭含量的增加有助于快速提升絲材的高溫性能及抗拉強(qiáng)度，故體現(xiàn)出鉬鑭電極絲的抗拉強(qiáng)度及高溫性能優(yōu)于鈷鎂合金絲。因此，本項(xiàng)目的下一步計(jì)劃是在保證材料延展性及放電性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升高溫及抗拉性能。

表2 兩種電極絲的主要成分比對

根據(jù)目前測試結(jié)果來看，延展性及電阻率的改善有利于絲材切割效率及切割面積的提升，起到了延長使用壽命的效果。

4.2 粉末形貌比對

從表3所示的粉末形貌來看，鈷鎂合金絲的粉末顆粒大小一致且分布更均勻，鈷鎂元素與金屬晶粒結(jié)合更緊密，對最終加工成品的機(jī)械性能也體現(xiàn) 出了不同的差異。

表3 兩種電極絲的粉末形貌比對

4.3 金相組織比對

通過觀察直徑0.18 mm成品絲材的金相組織發(fā)現(xiàn)，鉬絲經(jīng)較長工序的拉拔加工后，其成品規(guī)格的金相均為發(fā)達(dá)的纖維狀組織。如表4所示，隨著加熱電壓的升高，鈷鎂合金絲在較低的加熱電壓下便逐步發(fā)生了再結(jié)晶，其延伸率很快得到了釋放，最大延伸率可達(dá)近25%；而鉬鑭合金絲的延伸率雖然隨著加熱電壓的升高也逐步增加，但增幅遠(yuǎn)低于鈷鎂合金絲。這進(jìn)一步證明了鈷鎂合金絲的延展性能更優(yōu)，但在抗高溫及抗拉強(qiáng)度方面仍較差。

表4 兩種電極絲在成品規(guī)格時經(jīng)退火處理后的金相對比

4.4 放電性能比對

根據(jù)線切割鉬絲電弧切割加工原理，從測試數(shù)據(jù)來看，鈷鎂合金絲的平均米電阻為0.5365 Ω·m，優(yōu)于鉬鑭合金絲的平均米電阻0.5155 Ω·m。根據(jù)材料放電效率，由公式U=IR、P=I2R可看出，施加同等電流的情況下，材料阻值越大，放電電壓越大，放電功率也越大，材料切割效率越快，這也進(jìn)一步證明了在同等切割電流下，鈷鎂合金絲的切割效率優(yōu)于鉬鑭合金絲。

5 結(jié)束語

本項(xiàng)目已申請獲得《摻鈷鎂鉬合金電極絲及其制造方法》發(fā)明專利（專利號201510366198X）。目前，產(chǎn)品處于持續(xù)生產(chǎn)驗(yàn)證階段，因生產(chǎn)加工流程較長，后續(xù)需進(jìn)一步解決生產(chǎn)過程穩(wěn)定性及加工成本等方面的控制。

Manufacture of the New WEDM Molybdenum Wire Doped Cobalt and Magnesium

Li Wei，He Tianjun，Luo Yinfu
（Chengdu Hongbo Industrial Co.,Ltd.，Chengdu 610031，China）

The manufacture method of a new wire electrical-discharge machining(WEDM) molybdenum wire doped cobalt and magnesium are introduced.The cobalt element and magnesium element added into molybdenum dioxide powder，then process with powder metallurgy and machining. This research improves high temperature performance，tensile strength，discharge efficiency and damage resistance of WEDM molybdenum wire，also improves the applying value.

WEDM；molybdenum wire；cobalt；magnesium

TG661

A

1009-279X（2016）06-0060-03

2016-09-20

李偉，男，1984年生，工程師。