基于熱加工圖的鉬金屬熱變形特征分析

趙曉君

摘要：鉬金屬產(chǎn)生變形需要具備一定的溫度，即變形溫度，一般在溫度為900-1450℃的情況下才會產(chǎn)生熱變形性能，在以往的熱壓研究中得出鉬金屬的應(yīng)變速為0.01-10 s-1。為了深入研究鉬金屬熱變形的特征，將采用動態(tài)材料模型對鉬金屬的熱加工圖進(jìn)行組建，同時(shí)根據(jù)熱加工圖中呈現(xiàn)的熱變形變化趨勢對不同區(qū)域內(nèi)的鉬金屬形態(tài)進(jìn)行分析，以此達(dá)到對鉬金屬熱變形特征的研究目的。文章對鉬金屬熱變形特征研究的實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)論進(jìn)行梳理，以確保研究的有效性。

關(guān)鍵詞：熱加工圖；鉬金屬；熱變形特征

0引言

鉬金屬在常溫下比較穩(wěn)定，鹽酸、氫氟酸及堿溶液等都對其沒有作用，一般性質(zhì)的液態(tài)金屬和非金屬熔渣也對其沒有影響，僅與硝酸、汞或濃硫酸產(chǎn)生反應(yīng)。而鉬金屬的熔點(diǎn)較高，一般在2 620℃，因此，在很多工業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用，并且在宇航的研發(fā)工作中也較為常用，鉬金屬及其合金在我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景，是生產(chǎn)活動中的重要原料。為此，也推進(jìn)了相關(guān)企業(yè)對鉬金屬加工的研究進(jìn)程，文中對鉬金屬加工中的熱變形特征進(jìn)行分析，爭取提高鉬金屬加工的效率，可以更好地發(fā)揮鉬金屬在相關(guān)生產(chǎn)中的作用。

1鉬金屬加工存在的問題

純鉬金屬由于自身具有較強(qiáng)的硬度，導(dǎo)致其在工業(yè)生產(chǎn)中無法發(fā)揮最佳的作用，而鉬金屬的硬度同時(shí)也是其自身的優(yōu)勢，只要在加工時(shí)選擇合理有效的方式，就可以為工業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮最大效益。在工業(yè)生產(chǎn)中對鉬金屬的構(gòu)件的需求越來越大，這就要求在擴(kuò)大鉬金屬部件生產(chǎn)規(guī)模的同時(shí)，提高鉬金屬的加工效率，以此平衡鉬金屬與市場的供求關(guān)系，為鉬金屬的發(fā)展提供支持。在擴(kuò)大生產(chǎn)的同時(shí)對鉬金屬的質(zhì)量和可縮性要求也有所提高。鉬金屬由于自身的硬度優(yōu)勢，在工業(yè)生產(chǎn)中往往承載著重要部件的連接作用，如果鉬金屬部件的質(zhì)量不佳會對整個(gè)生產(chǎn)造成影響，因此，鉬金屬的加工問題成為相關(guān)企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。

2鉬金屬熱變形的實(shí)驗(yàn)

鉬金屬由于受到加工性能的限制，在工業(yè)生產(chǎn)中無法得到充分使用，因此，需要相關(guān)部門針對鉬金屬的加工性能進(jìn)行深入研究，爭取在加工性能及可塑性上有所提高。為了幫助鉬金屬加工選擇可靠的熱加工工藝，本文以鉬金屬的熱加工圖為參考對鉬金屬的熱變形特征進(jìn)行深入研究。

2.1實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用材料的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為%）為：Fe0.004，Ni0.007，Cu0.000 3，Ca0.000 8，Mg0.000 1，Si0.002，A10.002，00.004，余量為Mo。

2.2實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)時(shí)將的鉬金屬規(guī)格定為θ8 mm-12 mm，同時(shí)采用Gleeble-1500型熱模擬試驗(yàn)機(jī)來完成實(shí)驗(yàn)操作，使用熱模擬試驗(yàn)機(jī)對一定規(guī)格的鉬金屬進(jìn)行等溫恒應(yīng)變速率壓縮的測試。實(shí)驗(yàn)過程中通過大電流自阻的方式對實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行加熱處理，當(dāng)鉬金屬被壓縮之后，使用噴氣將壓縮后的鉬金屬的溫度快速降低到室內(nèi)溫度。為減少實(shí)驗(yàn)對象在端頭作用下產(chǎn)生的磨損對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響，我們在實(shí)驗(yàn)過程中將壓頭與實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行隔離出來，所采用的隔離方法是將云母片放置在鉬金屬與壓頭之間，因云母片具有一定的潤滑作用，可以起到減少摩擦的作用，從而降低鉬金屬的磨損幾率。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表示變形溫度分別為：900，1 000，1 100，1 200，1 250，1 300，1 350，1 400和1 450℃；應(yīng)變速率分別為：0.01，0.1，0.5，1和10 s-1，變形真應(yīng)變?yōu)?.5左右。

3熱加工圖下的鉬金屬變形特征分析

3.1高溫流變曲線

通過對實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線圖繪制可以發(fā)現(xiàn)，不同溫度下所產(chǎn)生的鉬金屬流變曲線與不同應(yīng)變速率下所產(chǎn)生的鉬金屬流變曲線特征呈現(xiàn)出一致的趨勢，如圖1所示。

流變應(yīng)力在開始階段應(yīng)變速率增加的同時(shí)流變應(yīng)力也在逐步增加，這一階段屬于熱加工的硬化階段，而當(dāng)應(yīng)變速率處于一定數(shù)值時(shí)，流變應(yīng)力也達(dá)到了一定鼎盛期，之后的流變應(yīng)力會趨于平穩(wěn)或者呈下降趨勢，通過觀察發(fā)現(xiàn)，在這一過程鉬金屬的內(nèi)部組織實(shí)現(xiàn)了動態(tài)再結(jié)晶軟化的過程，此時(shí)鉬金屬的軟化程度受到溫度的作用明顯，在應(yīng)變速率處于一致狀態(tài)時(shí)，溫度越高真應(yīng)能力越低。而溫度持平的情況下，應(yīng)變速率增加的同時(shí)真應(yīng)力也會隨之增加。再結(jié)晶的首次產(chǎn)生是在應(yīng)變速率較低的階段，變形程度會隨著溫度的提升而有所增加，同時(shí)結(jié)晶在向高速率的應(yīng)變速率轉(zhuǎn)移。觀察不同溫度下流變應(yīng)力的變化情況可以發(fā)現(xiàn)在溫度為1 200℃，應(yīng)變速率低于0.5 s。時(shí)才會表現(xiàn)出結(jié)晶軟化，而溫度在1 400℃時(shí)所有應(yīng)變速率都會出現(xiàn)結(jié)晶軟化趨勢。

3.2熱加工圖及其分析

通過實(shí)驗(yàn)中得出的相關(guān)數(shù)據(jù)確定不同溫度下的溫度敏感性指數(shù)，并且以此作為鉬金屬變形溫度和應(yīng)變速率函數(shù)。并依據(jù)已知的數(shù)據(jù)使用Origin軟件繪制等值線圖，之后將能量消耗的等值線圖與其進(jìn)行疊加，從而得出熱加工圖，通過對熱加工圖進(jìn)行分析得出以下結(jié)論。鉬金屬的加工規(guī)律與粉末冶金鉬的加工規(guī)律一致，且都呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：鉬金屬的可加工范圍多在低溫區(qū)和較低應(yīng)變速率的區(qū)域，而高溫和高應(yīng)變速率下只有帶型才有涉獵；同時(shí)鉬金屬的可加工范圍會隨著變形程度的改變而改變，當(dāng)變形程度加大時(shí)，可加工的區(qū)域也會隨之?dāng)U大；在變形溫度提高應(yīng)變速率降低的情況下，能量消耗率將呈上升的態(tài)勢。通過對能量耗散率的數(shù)值進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，粉冶鉬金屬的變形難度較高。粉冶材質(zhì)自身的變形難度就很高，致使應(yīng)變速率的敏感性增強(qiáng)，這在熱加工圖中都有所體現(xiàn)，在變形程度不斷改變的過程中會看出熱加工圖中的不穩(wěn)定區(qū)域會逐漸減小。

應(yīng)變?yōu)?.1時(shí)，即變形剛開始處于低應(yīng)變時(shí)的合理熱加工窗口為：980-1 375℃，應(yīng)變速率在10-0.01 s-1，隨溫度的下降而呈線性規(guī)律降低；考慮到應(yīng)變?yōu)?.1時(shí)變形材料的實(shí)際溫度，為了提高效率，這時(shí)的應(yīng)變速率應(yīng)取高限1.8 s～。應(yīng)變?yōu)?.5時(shí)，即變形到一定程度后的合理熱加工窗口為：900-1 270℃，0.01-1.8 s-1和1 270-1 450℃，0.56-10 s-1，考慮到應(yīng)變?yōu)?.5時(shí)變形材料的實(shí)際溫度，這時(shí)可行的熱加工窗口為：900-1 270℃，0.01-1.8 s-1。

應(yīng)變?yōu)?.5的熱加工圖中（見圖1），在低溫（<110℃）、高應(yīng)變速率（≥1s-1）的區(qū)域內(nèi)，材料變現(xiàn)出的是其脆性，這時(shí)的變形是以應(yīng)變速率的敏感性為主，同時(shí)在沿晶粒周圍出現(xiàn)裂紋。裂紋對于金屬加工來說是一種普遍存在的缺陷，會在一定程度上影響加工物件的性能。而產(chǎn)生裂紋的主要原因是應(yīng)變速率自身的敏感性，由于應(yīng)變速率敏感性的作用，會使應(yīng)變力出現(xiàn)不均現(xiàn)象，導(dǎo)致材料內(nèi)部形成裂紋缺陷，另外，由于應(yīng)力過于集中引起的、對材料的某一位置應(yīng)力過大的，也會使材料形成開裂。

在高溫（≥1 250℃）、低應(yīng)變速率（≤0.3s-1）的區(qū)域內(nèi)，耗散率達(dá)到了27%，為此時(shí)的最大值，這時(shí)三角晶界出現(xiàn)楔形裂紋。在此階段鉬金屬材料變現(xiàn)出了一定程度的韌性，此時(shí)，鉬金屬變形是以溫度敏感性為主，與應(yīng)變速率敏感性產(chǎn)生的裂紋原理相差無幾，溫度敏感性產(chǎn)生的楔形裂紋同樣對材料的加工物件造成影響。楔形裂紋形成的主要原因是發(fā)生結(jié)晶后的材料變形難度降低，流變應(yīng)力的速度也有所降低，此時(shí)，會在溫度升高的情況下使其內(nèi)部的應(yīng)變力過于集中，由于應(yīng)力集中導(dǎo)致應(yīng)力分布不均勻，從而引起材料在結(jié)晶位置形成裂紋。

當(dāng)溫度大于1 000℃，鑰金屬經(jīng)過變形后可觀察到大量的等軸再結(jié)晶組織，再結(jié)晶晶粒散布在原始晶粒周圍，呈現(xiàn)大小晶粒混雜的現(xiàn)象。在中間區(qū)域，也就是溫度在1 100-1 300℃，應(yīng)變速率在0.051 s-1的區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)連續(xù)再結(jié)晶組織，晶界呈鋸齒狀。

4結(jié)語

在熱模擬過程中，金屬鑰發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶軟化現(xiàn)象隨著變形程度的增加，材料的可加工范圍增寬，材料的可加工范圍主要位于低溫、低應(yīng)變速率區(qū)到高溫和高應(yīng)變速率區(qū)的條帶區(qū)域；在低溫（≤110℃）、高應(yīng)變速率（>1s-1）區(qū)域，材料變形以應(yīng)變速率敏感型為主，發(fā)現(xiàn)沿晶裂紋；在低應(yīng)變速率（≤0.3 s-1）、高溫（≥1 250℃）區(qū)域，材料變形以溫度敏感型為主，材料出現(xiàn)楔形裂紋；溫度大于1 000℃，可觀察到等軸再結(jié)晶組織，并出現(xiàn)大小晶?；祀s現(xiàn)象；在溫度范圍為1 100-1 300℃，應(yīng)變速率范圍為0.051 s-1的區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)連續(xù)再結(jié)晶，晶界呈鋸齒狀。