方漳云

(廈門虹鷺鎢鉬工業(yè)有限公司，福建 廈門 361021)

0 引 言

鉬具有熱膨脹系數(shù)小、強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好等一系列優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用在電子、電光源、鍍膜、石油化工、航空航天、高溫結(jié)構(gòu)件及發(fā)熱元器件中[1]。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，鉬棒的需求逐漸向規(guī)格更大、單重更高的方向發(fā)展，推動(dòng)大規(guī)格鉬棒的研究和開(kāi)發(fā)[2]。鉬棒燒結(jié)坯采用鉬粉制備，通過(guò)裝粉、冷等靜壓壓制、中頻爐燒結(jié)等工藝流程，經(jīng)過(guò)粘結(jié)、燒結(jié)頸長(zhǎng)大、孔隙球化和縮小3個(gè)階段[3]，在鉬粉顆粒之間和晶體內(nèi)部發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，得到具有一定密度和強(qiáng)度的燒結(jié)坯。由于中頻燒結(jié)的集膚效應(yīng)[4]，經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)，小規(guī)格物料容易得到高密度的棒坯，大規(guī)格的物料無(wú)法得到質(zhì)量穩(wěn)定、高密度的棒坯，且徑向邊部與心部之間的密度分布不均勻。因此，通常采用鍛造方式進(jìn)一步致密化。本文通過(guò)對(duì)比研究在相同變形量條件下液壓快速鍛造和空氣錘鍛造大規(guī)格鉬棒的組織和性能的差異，為獲得組織均勻、性能穩(wěn)定、滿足客戶要求、適用于工業(yè)化生產(chǎn)的大規(guī)格鉬棒提供依據(jù)。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用經(jīng)過(guò)鉬粉等靜壓壓制、中頻爐燒結(jié)的鉬棒燒結(jié)坯，鉬棒燒結(jié)坯直徑φ150 mm，長(zhǎng)度800 mm，其化學(xué)成分如表1所示。

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

將直徑φ150 mm，長(zhǎng)度800 mm的鉬棒燒結(jié)坯按照液壓快速鍛造和空氣錘鍛造兩種不同的工藝鍛造至φ105 mm，具體工藝如表2所示。

表1 鉬棒化學(xué)成分 %(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

表2 鉬棒鍛造工藝

1.3 測(cè)試表征

對(duì)鉬棒燒結(jié)坯、液壓快速鍛造后的鉬棒、空氣錘鍛造后的鉬棒取樣分析。其中，在直徑方向11等分取樣檢測(cè)密度和維氏硬度，在邊部(位置1)和心部(位置6)取樣觀察縱剖面的金相顯微組織，并沿縱剖面敲開(kāi)，觀察斷口SEM形貌，取樣位置如圖1所示。密度檢測(cè)采用 Metter Toledo XS105DU型電子密度天平，維氏硬度檢測(cè)采用Wilson 402MVD型維氏硬度儀，顯微組織觀察采用Nephot-2 型金相顯微鏡，微觀形貌觀察采用Hitachi S-3400N 型掃描電子顯微鏡。

圖1 鉬棒縱剖面取樣位置

2 結(jié)果與討論

2.1 不同鍛造工藝鉬棒的致密化行為

液壓快速鍛造和空氣錘鍛造前后鉬棒密度如圖2所示，密度均勻性如表3所示。從上述圖、表中可以看出，鍛造后鉬棒密度顯著提高。液壓快速鍛造后的平均密度10.11 g/cm3，達(dá)到理論密度的99.1%，與鉬棒燒結(jié)坯平均密度相比，提升0.25 g/cm3，比空氣錘鍛造的鉬棒平均密度高0.11 g/cm3。另外，液壓快速鍛造的鉬棒在不同位置取樣檢測(cè)的密度值均高于空氣錘，不同位置密度極差更小，從密度分析，液壓快速鍛造鍛透性和鍛造均勻性明顯優(yōu)于空氣錘。

圖2 鍛造前后鉬棒密度

燒結(jié)坯液壓快速鍛造空氣錘鍛造平均密度/(g·cm-3)9.8610.1110.0密度極差/(g·cm-3)0.130.10.24

2.2 不同鍛造工藝鉬棒的維氏硬度

液壓快速鍛造和空氣錘鍛造前后鉬棒維氏硬度如圖3所示，硬度均勻性如表4所示。從上述圖、表中可以看出，鍛造后鉬棒硬度顯著提高。液壓快速鍛造后的平均硬度203.9 HV1.0，與鉬棒燒結(jié)坯平均硬度相比，提升43.5 HV1.0，比空氣錘鍛造的鉬棒平均硬度高9.2 HV1.0。另外，液壓快速鍛造的鉬棒在不同位置取樣檢測(cè)的硬度值均高于空氣錘，不同位置硬度極差更小，從硬度分析，同樣可以看出液壓快速鍛造鍛透性和鍛造均勻性明顯優(yōu)于空氣錘。

圖3 鍛造前后鉬棒維氏硬度

燒結(jié)坯液壓快速鍛造空氣錘鍛造平均硬度/HV1.0160.4203.9194.7硬度極差/HV1.018.47.520.3

2.3 不同鍛造工藝鉬棒的微觀組織分析

鉬棒燒結(jié)坯、液壓快速鍛造后、空氣錘鍛造后邊部和心部縱剖面的金相組織和SEM形貌如圖4和圖5所示。

圖4 鍛造前后鉬棒縱剖面金相組織a、b—鉬棒燒結(jié)坯邊部、心部；c、d—鉬棒液壓快速鍛造態(tài)邊部、心部；e、f—鉬棒空氣錘鍛造態(tài)邊部、心部

圖5 鍛造前后鉬棒縱剖面微觀形貌a、b—鉬棒燒結(jié)坯邊部、心部；c、d—鉬棒液壓快速鍛造態(tài)邊部、心部；e、f—鉬棒空氣錘鍛造態(tài)邊部、心部

從圖4a、b和圖5a、b可以看出，鉬棒燒結(jié)坯為等軸晶組織，晶粒大小不均勻，晶粒與晶粒之間存在大量的孔洞，邊部孔洞明顯大于心部。大規(guī)格鉬棒燒結(jié)坯密度與孔隙殘留、擴(kuò)散逸出難易程度有關(guān)[5]。在燒結(jié)過(guò)程中，邊部?jī)?yōu)先于心部孔隙球化和縮小，晶粒形核長(zhǎng)大，孔隙閉合，導(dǎo)致心部孔隙通道變少，路徑延長(zhǎng)，雜質(zhì)揮發(fā)受阻，因此邊部與心部之間存在一定的密度差[6-7]。

從圖4c、e和圖5c、e可以看出，經(jīng)過(guò)51%鍛造變形量后，晶粒在外力作用下破碎，變形，晶界交錯(cuò)搭接，孔洞壓實(shí)并逐漸閉合，進(jìn)一步致密化，密度提升。燒結(jié)態(tài)的等軸晶粒逐漸沿鍛造方向伸長(zhǎng)，晶粒呈纖維狀加工態(tài)組織。由于鍛造加工過(guò)程中，晶粒沿縱向滑移、轉(zhuǎn)動(dòng)、變形、破碎，導(dǎo)致晶界接觸面積增加，晶界阻力變大，強(qiáng)度提高，且經(jīng)過(guò)鍛造加工的棒材晶粒纖維組織更加一致，晶粒更加細(xì)小均勻。因此，鍛造后維氏硬度也明顯大于燒結(jié)態(tài)。

對(duì)比圖4c、e和圖5c、e可以看出，與空氣錘相比，液壓快速鍛造的鉬棒纖維組織更加發(fā)達(dá)，晶粒更加細(xì)小。對(duì)比圖4d、f和圖5d、f可以看出，液壓快速鍛造的鉬棒心部組織呈纖維狀，與邊部相比，組織較不均勻?？諝忮N鍛造的鉬棒心部大部分晶粒沿縱向拉長(zhǎng)變形，局部晶粒仍呈現(xiàn)等軸晶狀，心部孔洞分布明顯多于液壓快造鍛造后的鉬棒，且孔洞更大。鍛造后組織的不同，決定了邊部與心部之間密度和硬度的差異，也顯示出液壓快速鍛造的鍛透性和鍛造均勻性優(yōu)于空氣錘。從設(shè)備角度分析，空氣錘依靠空氣作為傳動(dòng)介質(zhì)，通過(guò)壓縮活塞與工作活塞之間的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)往復(fù)打擊鍛造，液壓快速鍛造屬于靜壓鍛造，通過(guò)液壓系統(tǒng)可精確控制工作行程[8]，且其鍛造力較大，更均勻?？諝忮N鍛造容易受到物料變形抗力的影響，心部作用力較小。液壓快速鍛造作用力可傳遞至心部，因此，在同樣變形量條件下，鍛后均勻性更優(yōu)。

3 結(jié) 論

(1)與空氣錘鍛造相比，在相同鍛造變形量條件下，液壓快速鍛造對(duì)大規(guī)格鉬棒的鍛透性更強(qiáng)，鍛造均勻性更優(yōu)。

(2)液壓快速鍛造的鉬棒徑向密度和硬度高于空氣錘鍛造，且邊部與心部數(shù)值極差較小，均勻性優(yōu)于空氣錘鍛造。

(3)液壓快速鍛造的鉬棒邊部和心部呈現(xiàn)典型的纖維狀加工態(tài)組織，與空氣錘相比，組織更加均勻、細(xì)密。

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