鉬粉分級(jí)和配比對(duì)燒結(jié)鉬板坯軋制性能的影響

張　　，馮娟妮，黃曉玲

（金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 西安 710077）

鉬粉分級(jí)和配比對(duì)燒結(jié)鉬板坯軋制性能的影響

（金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 西安 710077）

鉬粉的粒度對(duì)鉬制品性能的影響已有較多研究，而與鉬粉粒度分級(jí)技術(shù)對(duì)鉬制品深加工性能影響的相關(guān)報(bào)道較少。研究選用了3種不同粒度的鉬粉按照Ⅰ級(jí)（FSSS≥3.5 μm）、Ⅱ級(jí)（FSSS：2.5～3.5 μm）、Ⅲ級(jí)（FSSS≤2.5 μm）3個(gè)級(jí)別進(jìn)行分級(jí)，并將分級(jí)鉬粉按Ⅰ級(jí)鉬粉10%，Ⅱ級(jí)鉬粉80%，Ⅲ級(jí)鉬粉10%的比例進(jìn)行配比。通過(guò)壓型和燒結(jié)將原料鉬粉、分級(jí)鉬粉和配比鉬粉分別加工成鉬板坯，并將鉬板坯軋制和沖壓成鉬箔、鉬圓片。檢測(cè)了鉬箔的抗拉強(qiáng)度和杯突值，并統(tǒng)計(jì)分析了鉬圓片的成品率。試驗(yàn)證明，在鉬制品抗拉強(qiáng)度、脹形成形性能以及成品率方面，配比鉬粉均優(yōu)于單一粒度組成的鉬粉和未分級(jí)的普通鉬粉。

分級(jí)；配比；粒度分布；抗拉強(qiáng)度；杯突值

0引言

鉬粉是生產(chǎn)鉬深加工產(chǎn)品的原料，鉬制品的加工性能及最終產(chǎn)品的性能在很大程度上取決于鉬粉的物理和化學(xué)性能［1-2］。鉬粉的粒度、松比、撓曲強(qiáng)度等性能指標(biāo)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量存在較大的影響，其中，鉬粉粒度對(duì)鉬板坯硬度的影響最大［3］。由于國(guó)內(nèi)鉬粉普遍存在顆粒形貌不均勻；大小顆粒差異較大，粉末粒度分布較寬等問(wèn)題。因此，在穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量方面，有效的控制鉬粉粒度分布是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)［4］。

分級(jí)技術(shù)是利用高速旋轉(zhuǎn)分級(jí)輪形成的離心力和氣流對(duì)粉體顆粒的推動(dòng)力差異的原理，受到的離心力大的重鉬粉顆粒則遠(yuǎn)離分級(jí)輪，至分級(jí)機(jī)邊壁自然下落；輕的顆粒受離心力小，受氣流推動(dòng)進(jìn)入分級(jí)輪，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鉬粉的分級(jí)［5］。鉬粉的分級(jí)、配比方法已被PLANSEE、STACK等少數(shù)公司掌握并應(yīng)用。這些公司針對(duì)不同的深加工產(chǎn)品，采用了不同粒度組成的級(jí)配鉬粉以提高產(chǎn)品質(zhì)量。鉬粉的訂購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)也從最初的只控制鉬粉費(fèi)氏粒度發(fā)展到要求鉬粉粒度組成、特殊松裝比重等。本文采用兩級(jí)氣流分級(jí)機(jī)對(duì)不同設(shè)備生產(chǎn)的鉬粉進(jìn)行分級(jí)、配比，研究了分級(jí)配比鉬粉對(duì)燒結(jié)鉬板坯軋制沖壓性能的影響。

1　　試驗(yàn)方法

分級(jí)設(shè)備采用綿陽(yáng)流能粉體設(shè)備有限公司生產(chǎn)的兩級(jí)氣流分級(jí)機(jī)。

試驗(yàn)鉬粉來(lái)自金堆城鉬業(yè)股份有限公司。將3種費(fèi)氏粒度和松裝比重相近的原料鉬粉分別記為A、B、C粉。

調(diào)整分級(jí)設(shè)備的一級(jí)、二級(jí)分離機(jī)的頻率、主風(fēng)口值。對(duì)A、B、C三種鉬粉按照Ⅰ級(jí)鉬粉（FSSS≥3.5 μm）、Ⅱ級(jí)鉬粉（FSSS：2.5～3.5 μm）、Ⅲ級(jí)鉬粉（FSSS≤2.5 μm）三個(gè)級(jí)別進(jìn)行分級(jí)，并將三種鉬粉按10%Ⅰ級(jí)鉬粉，80%Ⅱ級(jí)鉬粉，10%Ⅲ級(jí)鉬粉的比例進(jìn)行配比，得到A-配比、B-配比、C-配比三種鉬粉；再將三種鉬粉按等比例進(jìn)行混合，混合Ⅰ級(jí)鉬粉A-1、B-1、C-1占10%，混合Ⅱ級(jí)鉬粉A-2、B-2、C-2占80%，混合Ⅲ級(jí)鉬粉A-3、B-3、C-3占10%，得到ABC-配比鉬粉。采用Mastercizer 2000型激光粒度分析儀檢測(cè)了原始鉬粉及分級(jí)、配比鉬粉的粒度分布。將上述9種鉬粉分別壓制燒結(jié)成鉬金屬板坯，通過(guò)熱軋、冷軋，加工成厚度為0.16mm和0.07 mm的鉬箔，檢測(cè)了兩種厚度鉬箔的抗拉強(qiáng)度，以及0.16mm鉬箔的杯突值。同時(shí)，將鉬板坯軋制沖壓成鉬圓片，對(duì)比分析了鉬圓片的成品率。

2　　試驗(yàn)結(jié)果

2.1鉬粉原料的粒度分布檢測(cè)

費(fèi)氏粒度是鉬粉最常見(jiàn)的粒度檢測(cè)方法，費(fèi)氏法是一種相對(duì)的測(cè)量方法，不能精確地測(cè)定出粉末的真實(shí)粒度，僅用來(lái)控制工藝過(guò)程和產(chǎn)品的質(zhì)量。粒度分布不僅描述了顆粒群的粗細(xì)程度，還描述了粉體的集中、均勻特性［4］。表1為原料鉬粉、分級(jí)鉬粉和配比鉬粉的費(fèi)氏粒度、松裝比重及粒度累積分布值。可以看出，A、B、C三種原料鉬粉的粒度分布寬度較寬，鉬粉均勻性較差，盡管三種鉬粉的費(fèi)氏粒度相近，粒度分布d（0.1），d（0.5），d（0.9）三個(gè)累計(jì)分布值卻存在著較大的差異。

表1　鉬粉費(fèi)氏粒度、松比、粒度累積分布檢測(cè)值Tab.1　Testing values for Karlfischer granularity，bulk density and granularity cumulative distribution

分級(jí)后相同級(jí)別的鉬粉累計(jì)分布值差異明顯縮小，鉬粉顆粒群均勻性得到改善，鉬粉的松裝比重也大幅提高。Ⅱ級(jí)鉬粉是鉬粉中的主要部分，占鉬粉中70%～90%。通過(guò)分級(jí)去除掉鉬粉中的大顆粒鉬粉和細(xì)顆粒鉬粉，得到粒度分布較窄，顆粒分布均勻的Ⅱ級(jí)鉬粉。經(jīng)多次試驗(yàn)后，確定將三種鉬粉按Ⅰ級(jí)鉬粉10%，Ⅱ級(jí)鉬粉80%，Ⅲ級(jí)鉬粉10%比例進(jìn)行配比，分別得到三種配比鉬粉，再將三種配比鉬粉進(jìn)行混合，得到新的配比鉬粉ABC-配比。從表1中可以看到，雖然在Ⅱ級(jí)鉬粉中添加了一定的大顆粒鉬粉和細(xì)顆粒鉬粉，但鉬粉的累計(jì)分布值并沒(méi)有明顯變化。

圖1為三種原料鉬粉A、B、C的粒度分布圖，三種鉬粉的粒度分布差異性非常明顯。圖2為Ⅱ級(jí)鉬粉粒度分布圖，采用分級(jí)技術(shù)得到的Ⅱ級(jí)鉬粉粒度分布曲線已近似重合。圖3為新配比鉬粉的粒度分布圖，其粒度分布較窄，和Ⅱ級(jí)鉬粉粒度分布曲線相似。

圖1　普通鉬粉粒度分布圖Fig.1　Grain size distribution of general Mo-powder

圖2　分機(jī)Ⅱ級(jí)鉬粉粒度分布圖Fig.2　Grain size distribution of levelⅡMo-powder

圖3　配比鉬粉粒度分布圖Fig.3　Grain size distribution of mixed Mo-powder

2.2燒結(jié)鉬板的密度和晶粒數(shù)

采用四柱油壓機(jī)將鉬粉壓制成單重為1 kg的鉬板壓坯，用馬弗爐進(jìn)行低溫預(yù)燒結(jié)，中頻爐進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)最高溫度為1870℃。燒結(jié)后用排水法檢測(cè)了鉬板的密度，見(jiàn)表2，鉬板的密度均大于9.9g/cm3。燒結(jié)鉬板的金相照片如圖4、圖5、圖6、圖7所示，從圖中可以看到，各鉬板晶粒組織均勻分布，均符合正常軋制的要求。

表2 鉬板坯密度值Tab.2　Density values of Mo-plate

圖4　普通鉬粉燒結(jié)鉬板坯金相照片F(xiàn)ig.4　Photomicrographs of molybdenum plate by common Mo-powder

圖5　分級(jí)Ⅱ級(jí)鉬粉燒結(jié)鉬板坯金相照片F(xiàn)ig.5　Photomicrographs of molybdenum plate by levelⅡMo-powder

圖6　配比鉬粉燒結(jié)鉬板坯金相照片F(xiàn)ig.6　Photomicrographs of molybdenum plate by mixed Mo-powder

圖7　三種配比鉬粉混合后燒結(jié)鉬板坯金相照片F(xiàn)ig.7 Photomicrograph of molybdenum plate by mixed three Mo-powders

2.3鉬箔、鉬圓片的力學(xué)性能和成品率

抗拉強(qiáng)度是金屬在靜拉伸條件下的最大承載能力，表征材料最大均勻塑性變形的抗力。試驗(yàn)中分別檢測(cè)了0.07 mm厚度和0.16 mm厚度沿軋制方向（縱向）鉬箔的抗拉強(qiáng)度和垂直于軋制方向（橫向）鉬箔的抗拉強(qiáng)度。檢測(cè)結(jié)果如圖8、圖9所示。從圖中可以看出，鉬箔的橫向抗拉強(qiáng)度高于縱向抗拉強(qiáng)度，此外，配比鉬粉的抗拉強(qiáng)度要略高于其他原始鉬粉和分級(jí)Ⅱ級(jí)鉬粉的抗拉強(qiáng)度。

試驗(yàn)中檢測(cè)了0.16 mm厚度鉬箔的杯突值。杯突值反映了金屬材料承受沖壓變形加工而不破裂的能力，杯突值越高，說(shuō)明材料的脹形成形性能越好。從圖10中可以看出，配比鉬粉加工成的鉬箔杯突值要明顯優(yōu)于原始鉬粉和分級(jí)Ⅱ級(jí)鉬粉。

圖8　　厚度為0.07 mm鉬箔的抗拉強(qiáng)度Fig.8　　The tensile strength of Mo-foil thickness of 0.07 mm

圖9　厚度為0.16 mm鉬箔的抗拉強(qiáng)度Fig.9　The tensile strength of Mo-foil thickness of 0.16 mm

圖10　厚度為0.16 mm鉬箔的杯突值Fig.10　The cupping values of Mo-foil thickness of 0.16 mm

圖11 沖壓　60 mm×2.2 mm鉬圓片成品率Fig.11　The yielding rate of Mo-discs size of　60 mm×2.2 mm

3　　討論與分析

檢測(cè)結(jié)果表明，單一粒度組成的Ⅱ級(jí)鉬粉所生產(chǎn)的鉬箔并沒(méi)有比普通鉬粉表現(xiàn)出更優(yōu)越的力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度和杯突值甚至低于普通鉬粉。而把3種級(jí)別的鉬粉按確定的比例重新配比后，所生產(chǎn)的鉬箔和普通鉬粉相比在力學(xué)性能方面有了明顯的提高。圖12～15分別為原料鉬粉、Ⅱ級(jí)鉬粉以及配比鉬粉的掃描電鏡照片。從圖中可以看到，原料鉬粉中大小顆粒的差異較大，小顆粒多以團(tuán)聚形式存在，且分布不均勻。和原料鉬粉相比，Ⅱ級(jí)鉬粉依然存在著少量團(tuán)聚現(xiàn)象，鉬粉顆粒尺寸相近，粒度組成相對(duì)單一。而配比鉬粉的團(tuán)聚現(xiàn)象明顯減少，細(xì)顆粒均勻分布在大顆粒之間，鉬粉顆粒尺寸呈梯度分布。

壓型燒結(jié)過(guò)程中，由于原料鉬粉粒度范圍較寬，顆粒尺寸差異較大且分布不均勻，若大顆粒鉬粉較多時(shí)，大顆粒之間容易形成大量孔隙，缺乏細(xì)小顆粒充填到孔隙中。相反，若細(xì)顆粒數(shù)量過(guò)多，則接觸表面增多，團(tuán)聚現(xiàn)象增多，容易在堆積時(shí)形成空洞，產(chǎn)生拱橋效應(yīng)［5］，在橋接團(tuán)粒內(nèi)易于形成大量孔隙。此外，當(dāng)團(tuán)聚現(xiàn)象較為嚴(yán)重時(shí)不利于小顆粒的流動(dòng)以充填大顆粒間的孔隙，小尺寸顆粒不能有效的充填到孔隙，粉末顆粒之間不能夠充分的機(jī)械嚙合［6］。分級(jí)后Ⅱ級(jí)鉬粉雖然得到了較窄的粒度分布范圍，但由于粒度組成較為單一，顆粒之間形成的大量孔隙缺乏細(xì)粉顆粒填充。燒結(jié)過(guò)程中已存在的孔隙不易完全閉合，燒結(jié)鉬板坯中未消除的孔隙在深加工過(guò)程中容易形成應(yīng)力集中造成質(zhì)量缺陷。

通過(guò)配比將不同粒度均勻搭配，尺寸較小的細(xì)粉團(tuán)聚現(xiàn)象輕微，容易在大顆粒間隙周?chē)逊e，壓制過(guò)程中，粗顆粒鉬粉形成骨架結(jié)構(gòu)，較細(xì)顆粒通過(guò)移動(dòng)、滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能填充到粗顆粒之間的孔隙中，達(dá)到合理的排列［7］。即使存在部分尺寸較小的細(xì)粉團(tuán)聚現(xiàn)象，這些團(tuán)聚一般是由靜電作用引起的，顆粒之間未達(dá)到鍵結(jié)合強(qiáng)度，在等靜壓壓力作用下易于相互滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，也有利于填補(bǔ)較大的孔隙［8］。

圖12　普通鉬粉掃描電鏡照片F(xiàn)ig.12　SEM morphology of general Mo-powder

圖13　分級(jí)Ⅱ級(jí)鉬粉掃描電鏡照片F(xiàn)ig.13　SEM morphology of levelⅡMo-powder

圖14　配比鉬粉掃描電鏡照片F(xiàn)ig.14　SEM morphology of mixed Mo-powder

圖15　三種配比鉬粉混合后掃描電鏡照片F(xiàn)ig.15　SEM morphology of mixed three Mo-powders

4結(jié)　　論

（1）鉬粉的粒度組成對(duì)鉬制品加工性能有著明顯的影響。普通鉬粉由于粒度組成不可控，容易出現(xiàn)粒度分布范圍過(guò)寬，顆粒尺寸差異過(guò)大，團(tuán)聚現(xiàn)象太多等缺陷，這些缺陷容易造成鉬制品內(nèi)存在大量孔隙，從而影響鉬制品的力學(xué)性能。

（2）采用將氣流分級(jí)方法，去除普通鉬粉中大尺寸顆粒和細(xì)微顆粒，可以獲得粒度分布范圍較窄、團(tuán)聚現(xiàn)象較少的鉬粉。但和普通鉬粉相比，單一粒度組成的鉬粉在深加工過(guò)程中并沒(méi)有表現(xiàn)出更優(yōu)越的力學(xué)性能，甚至出現(xiàn)了加工性能低于普通鉬粉的現(xiàn)象。

（3）將分級(jí)后三個(gè)級(jí)別的鉬粉按按Ⅰ級(jí)鉬粉10%，Ⅱ級(jí)鉬粉80%，Ⅲ級(jí)鉬粉10%比例重新配比的方法，實(shí)現(xiàn)粒度組成的可控，可以獲得大小顆粒均勻搭配的鉬粉，這種鉬粉粒度分布范圍較窄，松裝比重較普通鉬粉明顯提高，且團(tuán)聚現(xiàn)象少，細(xì)顆粒鉬粉均勻分布在大顆粒鉬粉之間壓型過(guò)程中細(xì)顆粒鉬粉能夠充分填充到大顆粒鉬粉之間的孔隙中，有效減少了深加工過(guò)程中因應(yīng)力集中造成的產(chǎn)品質(zhì)量缺陷，提高了產(chǎn)品的力學(xué)性能和成品率。

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Effects of Mo-powder Grading and Ratio on the Rolling and Punching Properties of Mo-Plate

ZHANG Kun，F(xiàn)ENG Juan-ni，HUANG Xiao-ling

（Jinduicheng Molybdenum Co.，Ltd.，Xi'an 710077，Shaanxi，China）

TThis paper studied the effect of grading technology on the performance of molybdenum products deep processing.We graded three different molybdenum powders into level I（FSSS≥3.5 μm），level II（FSSS：2.5～3.5 μm）and level III（FSSS≤2.5 μm）.Ratio operations were performed on the graded M powder according to the proportions of level I 10%，level II 80%and level III 10%.The ungraded M powder，graded M powder and mixed M powder were respectively processed into M slabs，foils and wafers by sintering，rolling and stamping.The tensile strength and the cupping values of Mo-foil were tested and the yield rates of the Mo-discs were calculated.The experiments proved that，the m products out of mixed Molybdenum powder according to the set ratio demonstrates better properties in terms of tensile strength，formability and finished Bulge rates comparing with those of the single particle sized M powder and ungraded M powder.

grading；mixed in proportion；particle size distribution；tensile strength；cupping values

TG146.4+12

A

10.3969/j.issn.1009-0622.2015.03.011

2015-05-05

張焜（1981-），男，陜西漢中人，工程師，主要從事鉬及鉬產(chǎn)品的壓型燒結(jié)及鉬板坯軋制技術(shù)和工藝研究。