劉仁智，張鐵軍，安 耿

（金堆城鉬業(yè)股份有限公司技術(shù)中心，陜西 西安 710075）

在鉬中加入一定比例的稀土（氧化鑭、氧化釔、氧化鈰等）再經(jīng)過(guò)大量的塑性變形形成的鉬合金又稱作“摻雜鉬合金”[1-2]。他們被廣泛應(yīng)用于熱處理爐、玻璃熔煉爐部件及電子行業(yè)。稀土合金元素不僅能改善鉬的抗氧化能力而且能通過(guò)彌散強(qiáng)化提升力學(xué)性能。這種合金材料再結(jié)晶后的典型微觀組織是拉長(zhǎng)的交錯(cuò)的粗晶粒結(jié)構(gòu)[3-4]。與純鉬相比摻雜鉬合金顯示出更優(yōu)異的抗蠕變和高溫延展性。當(dāng)不同的氧化物加入鉬金屬中，在室溫和高溫下鉬合金就顯示出不同的力學(xué)性能，例如加入氧化鑭能提高鉬合金的強(qiáng)度和再結(jié)晶溫度[5-8]，鉬鑭合金常應(yīng)用于高溫領(lǐng)域。目前有關(guān)鉬合金力學(xué)性能及第二相形貌研究的文獻(xiàn)較多，但是在高溫長(zhǎng)時(shí)間熱處理后其微觀組織演變的研究鮮有報(bào)道。加入的鑭含量不同導(dǎo)致鉬鑭合金致密度不同[9]，晶粒大小也不同，不同的晶粒尺寸呈現(xiàn)出的力學(xué)性能也不同。例如有人研究了鉬合金高溫（500～900℃）力學(xué)行為[10-11]；鉬鑭合金板在熱處理后的微觀組織、第二相演變及力學(xué)性能[12-14]，隨著鑭含量增加，板材在高溫下表現(xiàn)出的塑性也越來(lái)越好，在這些文章中展示了不同熱處理溫度微觀組織變化及力學(xué)性能變化，但不同微觀組織長(zhǎng)時(shí)間在高溫下（高于1 273 K）的變化并沒(méi)有涉及。本試驗(yàn)研究了Mo-0.7%La（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）合金在不同溫度保持不同時(shí)間后微觀組織的變化，并討論了微觀組織的熱穩(wěn)定性。

1 試驗(yàn)過(guò)程

本試驗(yàn)Mo-0.7%La合金的制備是通過(guò)固液摻雜的方法，在二氧化鉬中加入納米氧化鑭顆粒，納米顆粒尺寸約50 nm，鉬鑭合金中的鑭含量0.7%。摻雜二氧化鉬在氫氣氣氛下還原，Mo-0.7%La合金粉模壓成板后在2 223 K溫度下燒結(jié)致密化。金屬化的鉬鑭合金板經(jīng)過(guò)90%的變形量后成為厚度為4 mm的鉬鑭合金板材。軋制板在氫氣氣氛下，溫度為 1 373 K和1 773 K時(shí)進(jìn)行72 h、144 h、216 h的熱處理。同時(shí)將Mo-0.7%La合金在氫氣氣氛下，溫度1 373 K進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)效熱處理，時(shí)間為720 h、1 440 h、2 160 h、2 880 h、3 600 h、4 320 h，通過(guò)金相分析微觀組織的演變。晶粒尺寸的測(cè)量主要分為兩種情況：加工態(tài)纖維組織主要測(cè)量纖維寬度，再結(jié)晶態(tài)晶粒組織主要測(cè)量晶粒最大尺寸。

2 結(jié)果及討論

Mo-0.7%La合金板在1 373 K溫度下熱處理72 h，144 h，216 h的金相照片及晶粒尺寸比率，如圖1所示。圖1（a）是Mo-0.7%La合金在1 373 K熱處理72 h后的微觀組織照片，晶粒細(xì)小，沿軋制方向拉長(zhǎng)。圖1（b）是Mo-0.7%La合金在1 373 K熱處理144 h后的微觀組織照片，晶粒長(zhǎng)大，但取向仍沿軋制方向。圖1（c）是Mo-0.7%La合金在1 373 K熱處理216 h后的微觀組織照片，晶粒明顯長(zhǎng)大，取向消失。從圖1（d）晶粒尺寸比率折線圖可見(jiàn)，小于50 μm的晶粒都隨時(shí)間的延長(zhǎng)數(shù)量明顯變少，晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)晶粒界面越多，晶粒表面能更高，晶粒更活躍，長(zhǎng)大速度快，而小于80 μm的晶粒相對(duì)更穩(wěn)定。由于晶界間的原子排列比晶粒內(nèi)部的更為紊亂，位錯(cuò)密度較高，使晶界對(duì)正常晶格的滑移位錯(cuò)產(chǎn)生纏結(jié)，使位錯(cuò)不易通過(guò)晶界滑移。

為了更形象地展示鉬鑭合金微觀組織的變化，將Mo-0.7%La合金板在1373K溫度下熱處理72 h，144 h，216 h的微觀組織演變形成模擬圖，如圖2所示。軋制加工將鉬鑭合金晶粒壓扁，拉長(zhǎng)，形成纖維狀組織，在72 h退火之后，仍保持纖維狀，如圖2（a）；當(dāng)144 h熱處理后纖維組織晶界上有細(xì)小的再結(jié)晶晶粒出現(xiàn)，且拉長(zhǎng)的纖維組織變寬，晶界鈍化，如圖2（b）；當(dāng)熱處理216 h后變寬的纖維狀組織再結(jié)晶為等軸大晶，晶界還有大量未長(zhǎng)大的再結(jié)晶小晶粒，如圖2（c），通過(guò)模擬金相圖可見(jiàn)Mo-0.7%La合金板在1 373 K的穩(wěn)定性較好。

Mo-0.7%La合金板在1 773 K溫度熱處理72 h，144 h，216 h的金相照片及相應(yīng)的晶粒尺寸比率折線圖，如圖3所示。圖3（a）是Mo-0.7%La合金在1 773 K熱處理72 h后的微觀組織照片，晶粒粗大，晶粒沿軋制方向有很弱取向。圖3（b）是Mo-0.7%La合金在1 773 K熱處理144 h后的微觀組織照片，晶粒長(zhǎng)大，沿軋制方向取向消失。圖3（c）是Mo-0.7%La合金在1 773 K熱處理216 h后的微觀組織照片，幾乎成為等軸晶。從圖3（d）晶粒尺寸比率折線圖可見(jiàn)小于30 μm的晶粒數(shù)量隨熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)迅速減少，而尺寸大于50 μm的晶粒數(shù)量明顯增多，晶粒大小均勻，少量晶粒大于100 μm，表明在1 773 K熱處理溫度下比1 373 K溫度下Mo-0.7%La合金組織的穩(wěn)定性稍差。

圖1 Mo-0.7%La合金板在1373K溫度下熱處理72h，144h，216h金相照片及對(duì)應(yīng)的晶粒尺寸比率折線圖Fig.1 The metallographic photos and grains size ratio graph of Mo-0.7%La alloy sheet heat-treated at 1 373 K with 72 h，144 h，216 h

圖2 Mo-0.7%La合金板在1 373 K溫度下熱處理72 h、144 h、216 h的金相模擬圖Fig.2 Metallographic simulation diagram of 72 h，144 h，216 h heat treatment of Mo-0.7%La alloy plate at 1 373 K

圖3 Mo-0.7%La合金板在1773K溫度熱處理72h、144h、216h的金相照片及對(duì)應(yīng)的晶粒尺寸比率折線圖Fig.3 The metallographic photos and grains size ratio graph of Mo-0.7%La alloy sheet heat-treated at 1 773 K with 72 h，144 h，216 h

為了更形象地展示鉬鑭合金板在1773K的微觀組織變化，Mo-0.7%La合金板在1773K溫度熱處理72 h，144 h，216 h的金相模擬照片，如圖4所示。在1 773 K，72 h后纖維組織變寬，再結(jié)晶晶粒出現(xiàn)，如圖4（a）。在216h后，纖維狀組織消失，成為大晶夾雜小晶粒組織，如圖4（c）。從模擬圖可見(jiàn)鉬鑭合金在1 773 K時(shí)，微觀組織的穩(wěn)定性較好，相對(duì)于1 373 K同溫度下的微觀組織，Mo-0.7%La合金板在1 773 K溫度下微觀組織有少量的增長(zhǎng)，組織穩(wěn)定性稍差。

圖4 Mo-0.7%La合金板在1 773 K溫度下熱處理72 h、144 h、216 h的金相模擬圖Fig.4 Metallographic simulation diagram of 72 h，144h，216h heat treatment of Mo-0.7%La alloy plate at 1 773 K

熱處理溫度為1 373 K和1 773 K，時(shí)間相同的情況下，發(fā)現(xiàn)1 773 K熱處理后再結(jié)晶更明顯。結(jié)果表明，在熱處理溫度和時(shí)間之間，熱處理溫度對(duì)再結(jié)晶和晶粒的長(zhǎng)大貢獻(xiàn)更大；在同一個(gè)溫度1 373 K，不同時(shí)間熱處理后再結(jié)晶隨著時(shí)間的延長(zhǎng)緩慢發(fā)生，表明鉬鑭合金在同一溫度下對(duì)時(shí)間耐受的穩(wěn)定性很好。鉬鑭合金中的第二相粒子即氧化鑭粒子經(jīng)過(guò)加工變形后成為球狀或等軸狀細(xì)顆粒存在于晶界或晶內(nèi)，加工變形進(jìn)一步細(xì)化晶粒的過(guò)程中將部分晶粒內(nèi)部的氧化鑭粒子推向晶界，形成晶界釘扎，在熱處理中阻礙晶界移動(dòng)，阻止晶粒長(zhǎng)大[15-16]。而溫度升到1 773 K后，能量明顯提升，第二相粒子活動(dòng)增強(qiáng)，釘扎力度減弱，晶界發(fā)生滑移。晶界是位錯(cuò)移動(dòng)的有效障礙，當(dāng)溫度升高，晶界積聚的能量超越位錯(cuò)的阻力時(shí)，晶界發(fā)生移動(dòng)，晶界合并，晶粒之間互相吞并，小晶粒變大晶粒。時(shí)間的延長(zhǎng)提升晶界滑移的能量有限，晶界滑移速度緩慢。

Mo-0.7%La合金板在溫度為1 373 K，熱處理720 h、1 440 h、2 160 h、2 880 h、3 600 h、4 320 h 后的金相照片及對(duì)應(yīng)的晶粒尺寸比率折線圖，如圖5所示。圖5（a）是Mo-0.7%La合金在1 373 K熱處理720 h后的微觀組織照片，晶粒細(xì)小，沿軋制方向拉長(zhǎng)。圖5（b）中Mo-0.7%La合金在1 373 K熱處理1 440 h后的微觀組織照片，晶粒長(zhǎng)大，變寬但取向仍沿軋制方向。圖5（c）是Mo-0.7%La合金在1373K熱處理2160h后的微觀組織照片，晶粒變?yōu)榈容S晶，取向消失。圖5（d）中等軸的晶粒長(zhǎng)得更大，圖5（e）中熱處理時(shí)間達(dá)到3600h時(shí)，長(zhǎng)大的晶粒連成一片，形成片狀大晶，當(dāng)加熱時(shí)間達(dá)到4320h時(shí)如圖5（f），Mo-0.7%La合金板的微觀組織形成典型的前后搭接、交錯(cuò)的條狀大晶。從圖5（g）晶粒尺寸比率折線圖可見(jiàn)，條狀組織的比例隨熱處理時(shí)間增加逐漸降低，到2 160 h時(shí)條狀組織減少速度較快，到2 880 h達(dá)到最低，時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)條狀組織又增加，表明Mo-0.7%La合金板的微觀組織由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，由加工態(tài)的條狀組織轉(zhuǎn)變?yōu)樵俳Y(jié)晶長(zhǎng)大形成的首尾搭接的條狀組織，并且這種條狀組織能較穩(wěn)定的存在。

對(duì)照金相圖形成了更加清晰的鉬鑭合金微觀組織模擬圖，Mo-0.7%La合金板在溫度為1 373 K，熱處理 720 h、1 440 h、2 160 h、2 880 h、3 600 h、4 320 h后的金相模擬圖，如圖6所示。在1 373 K，熱處理720 h后纖維組織雖然仍保留，但是由大量細(xì)小的再結(jié)晶晶粒組成；時(shí)間達(dá)到2 880 h時(shí)，晶粒成為等軸晶，到3 600 h時(shí)，晶粒進(jìn)一步長(zhǎng)大，變寬，成為寬大的再結(jié)晶；到4 320 h時(shí)，鉬鑭合金的微觀組織成為首尾搭接的條狀組織，如圖6（f）所示。從金相及模擬圖可見(jiàn)，Mo-0.7%La合金板微觀組織從纖維狀演變?yōu)榈容S狀再形成寬條狀，表明鉬鑭合金在4 320 h以內(nèi)的組織穩(wěn)定性都較好。

熱處理包括熱處理溫度和熱處理時(shí)間，時(shí)間的累積意味著能量的累積，當(dāng)熱處理時(shí)間超過(guò)2 880 h時(shí)，再結(jié)晶晶粒迅速長(zhǎng)大，到4 320 h完全長(zhǎng)大。作為第二相，納米氧化鑭粒子因?yàn)獒斣Ы缍哂忻黠@的細(xì)晶效果[10，12]。隨著熱能的提升晶界原子及空位等缺陷的活力增強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)變得劇烈，晶界取向發(fā)生偏移，部分晶界重合、合并導(dǎo)致晶界消失，晶粒合并形成大晶，第二相粒子對(duì)晶界的釘扎作用消失。第二相粒子對(duì)晶界的釘扎的時(shí)效長(zhǎng)度取決于加工變形量，加工變形量越大形成的晶界越多，位錯(cuò)密度越大，第二相粒子更易于向晶界遷移，向位錯(cuò)聚集，對(duì)晶界、位錯(cuò)進(jìn)行釘扎。也就是晶粒細(xì)化的程度和晶粒尺寸，第二相粒子分布的均勻性及第二相粒子的數(shù)量決定了鉬鑭合金板組織高溫時(shí)效的穩(wěn)定性。

圖 5 Mo-0.7%La 合金板在溫度為 1 373 K，熱處理 720 h、1 440 h、2 160 h、2 880 h、3 600 h、4 320 h 后的金相照片及相應(yīng)的晶粒尺寸比率折線圖Fig.5 The metallographic photos and grains size ratio graph of Mo-0.7%La alloy sheet heat-treated at 1 373 K with 720 h、1 440 h、2 160 h、2 880 h、3 600 h、4 320 h

圖6 Mo-0.7%La合金板在1 373 K溫度下熱處理720 h、1 440 h、2 160 h、2 880 h、3 600 h、4 320 h的金相模擬圖Fig.6 Metallographic si mulation diagram of720h、1440h、2160h、2880h、3600h、4320h heat treatment of Mo-0.7%La alloy plate at1373K

3 結(jié) 論

（1）在溫度為1 373 K、1 773 K，熱處理時(shí)間延長(zhǎng)到216 h時(shí)，鉬鑭合金板的微觀組織仍保持細(xì)小晶粒。

（2）在溫度為1 373 K，當(dāng)熱處理時(shí)間為2 880 h時(shí)，晶粒迅速長(zhǎng)大，熱處理時(shí)間達(dá)到4 320 h時(shí)，微觀組織演變條狀組織。

（3）通過(guò)金相模擬圖也可見(jiàn)Mo-0.7%La合金板微觀組織從纖維狀演變?yōu)榈容S狀再形成寬條狀，表明鉬鑭合金在4 320 h以內(nèi)的組織穩(wěn)定性都較好。