摻釷鎢絲裂紋影響因素及改進(jìn)措施

江銀根

摘 要：根據(jù)摻釷鎢絲生產(chǎn)情況，對摻釷鎢絲從開坯到拉絲過程中坯條直徑均勻性、開坯模具及熱處理工藝等影響裂紋產(chǎn)生的因素進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：摻釷鎢絲；裂紋；影響因素；改進(jìn)措施

中圖分類號：C33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0.前言

鎢是我國在世界上具有優(yōu)勢地位的稀缺資源，由于它的特有的性能，在國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中起著非常重要的作用。隨著我國與世界經(jīng)濟(jì)的增長，對鎢的需求在逐年增長，同時(shí)鎢資源的消耗也在以驚人的速度加快。我國鎢儲(chǔ)量在世界上的地位目前仍占首位，據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局2002年公布的世界鎢儲(chǔ)量情況，中國的儲(chǔ)量基礎(chǔ)（鎢含量）為110萬噸，占世界的35.5%。近幾年中國鎢工業(yè)發(fā)生了很大的變化，技術(shù)進(jìn)步、設(shè)備更新、規(guī)模擴(kuò)大、產(chǎn)品多樣化、產(chǎn)品質(zhì)量提高、經(jīng)濟(jì)效益上升。但和國外鎢工業(yè)相比，仍然有著非常大的差距。

釷鎢絲是鎢合金絲材的一種，1910年釷鎢絲以直絲形狀用于真空燈泡；1918年制成充氬螺旋燈泡。與摻雜鎢絲相比，再結(jié)晶釷鎢絲的晶粒長寬比值、晶粒大小和下垂值均隨變形程度增加而減??；再結(jié)晶溫度也隨變形程度增加而降低。這些性能說明釷鎢絲的耐高溫性能不如摻雜鎢絲，而釷鎢絲具有良好的電子發(fā)射能力，因此主要應(yīng)用于惰性氣體電弧焊電極和需要高電子發(fā)射的電子管中。

在釷鎢的應(yīng)用中，以焊接領(lǐng)域使用的惰性氣體電弧焊電極占了絕大部分，電子管使用量很少，由于釷鎢絲加工過程中加工硬化速率快，變形困難，裂紋率高，成材率很低。

釷鎢絲裂紋率高主要表現(xiàn)在開坯及后續(xù)壓力加工過程中產(chǎn)生劈裂、橫裂、毛刺等缺陷。本文從坯條直徑均勻性、旋錘開坯模具及熱處理工藝等方面進(jìn)行著手，通過改善坯條直徑均勻性，優(yōu)化旋錘模具孔型，改進(jìn)熱處理工藝，可以有效改善加工過程中裂紋的產(chǎn)生，提高產(chǎn)品的成材率。

1.裂紋影響因素及改進(jìn)措施

1.1 坯條直徑均勻性

由于鎢的熔點(diǎn)高，所以鎢條必須在很高的溫度下進(jìn)行燒結(jié)。我司采用的垂熔燒結(jié)是將鎢條垂直懸掛于上下電極之間，然后在氫氣保護(hù)氣氛中通電，電流通過鎢坯條本身使鎢條發(fā)熱而達(dá)到燒結(jié)所需的高溫。由于鎢條的發(fā)熱是靠其本身的電阻來產(chǎn)生熱量的，鎢條的電阻跟鎢條的長度、直徑有直接關(guān)系。因此，鎢條各處直徑的差異將對燒結(jié)過程中溫度的均勻性產(chǎn)生影響，這將直接造成燒結(jié)后鎢條的密度分布不均，從而導(dǎo)致開坯裂紋問題。

為了改善鎢坯的直徑均勻性，主要在裝粉環(huán)節(jié)對震動(dòng)頻率、提升速度及環(huán)境的濕度進(jìn)行控制。通過實(shí)驗(yàn)對比，環(huán)境濕度<50%，震動(dòng)頻率為35Hz～40Hz，提升速度為100s～120s壓制后得到的鎢條直徑均勻性較好，直徑差異可以控制在1mm以內(nèi)，密度差異可以控制在0.5g/cm3以內(nèi)，改善后過程加工裂紋明顯好轉(zhuǎn)。

1.2 旋錘開坯模具

由于鎢坯致密性差，強(qiáng)度低，鎢坯開坯階段容易產(chǎn)生裂紋。裂紋產(chǎn)生的原因有很多，除了開坯工藝及坯條的密度、強(qiáng)度等特性外，開坯模具的影響也是非常明顯的。

除了旋錘模具的材質(zhì)對開坯裂紋有影響外，旋錘模的孔型對開坯裂紋也會(huì)有明顯影響。圖1為旋錘模的結(jié)構(gòu)示意圖。

圓錐進(jìn)料角α的大小，對鎢棒的應(yīng)力分布有明顯的影響，α角的大小在6°～50°之間變化。

若α角過大時(shí)，旋錘模作用于鎢棒表面上的水平反推力就大，使鎢棒咬入比較困難，需要大的送料力才能使鎢棒咬入。并且在過渡區(qū)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，引起鎢棒分層和劈裂。

若α角過小時(shí)，特別是大壓縮率旋錘時(shí)，鎢棒與旋錘模接觸的壓縮區(qū)長度增長，相應(yīng)地增大摩擦力和旋錘力，導(dǎo)致鎢棒受錘擊的次數(shù)增多，產(chǎn)生急劇壓縮變形，在過渡區(qū)也產(chǎn)生應(yīng)力集中，使鎢棒在旋錘過程中產(chǎn)生裂紋。

為了改善開坯裂紋，我們通過對開坯模具孔型進(jìn)行改進(jìn)，通過適當(dāng)減小進(jìn)料模角α，并適當(dāng)增加過渡區(qū)，從而減少水平推力及應(yīng)力集中，達(dá)到改善裂紋目的。圖2、圖3為改善前后模具孔型對比。

通過孔型調(diào)整后，開坯裂紋得到明顯改善，端部幾乎沒有裂紋產(chǎn)生。

1.3 熱處理工藝

釷鎢材料在加工過程中由于加工硬化速率快，變形量達(dá)到一定程度后，如果不采取熱處理措施，應(yīng)力集中過大將導(dǎo)致裂紋迅速爆發(fā)。另外，前期熱處理工藝的選取對后續(xù)可加工的程度也將產(chǎn)生顯著影響。圖4為5.5mm鎢桿采用不同退火工藝對后續(xù)絲材裂紋的影響。

由圖4可知，當(dāng)5.5mm鎢桿采用2200℃退火工藝時(shí)，絲才能繼續(xù)加工的規(guī)格為1.5mm左右，若繼續(xù)往下加工，裂紋將迅速擴(kuò)展。當(dāng)5.5mm鎢桿采用2500℃退火工藝時(shí)，可深加工的規(guī)格為0.93mm左右。若深加工的規(guī)格小于0.9mm，需繼續(xù)對絲材進(jìn)行回復(fù)處理，方可繼續(xù)加工。

結(jié)論

釷鎢坯條密度的均勻性與坯條直徑均勻性有直接關(guān)系。通過粉末濕度及裝粉工藝的控制，可以有效改善坯條的直徑均勻性，從而可以改善坯條密度均勻性及后續(xù)加工裂紋情況；

旋錘開坯模具的孔型對開坯裂紋也有顯著影響，將模具進(jìn)料模角控制在30°左右，并進(jìn)行12°模角緩沖，可以緩解變形過程中應(yīng)力集中情況，裂紋產(chǎn)生得到明顯改善；

前期熱處理工藝的選擇跟絲材成品規(guī)格尺寸有直接關(guān)系，5.5mm鎢桿在2200℃退火后最細(xì)可加工至1.5mm左右鎢絲，2500℃退火后最細(xì)可加工至0.93mm左右鎢絲。若絲材直徑小于0.9mm，需進(jìn)行回復(fù)處理，方可繼續(xù)往下加工。

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