摻雜鎢絲主要工藝條件的控制

一、垂熔制度

垂熔工藝對鎢條的物理、化學性能有著直接影響,應根據鎢粉的平均粒度和粒度分佈曲線,採用相應的升電流規範,以保證有害雜質和無效摻雜劑得以充分揮發和排除,使雜質降至許可要求範圍之內。在垂熔過程採用自動控制和慢速垂熔規範,如適當延長鎢坯的垂熔時間,也對提高鎢絲低溫延性有較好的作用。

此外,摻雜鎢絲的低溫延性與絲材晶粒度也有著密切關係。晶粒細、晶界多,在相同雜質含量的情況下,分佈在晶界上的雜質濃度相應較低,因此危害較小。相反,晶粒粗,晶界少。雜質於晶界上的分佈濃度較高且分佈不均,故危害較大。同時,晶粒較細,即單位體積內的晶粒數較多,在一定的變形量下,和粗晶粒相比,變形較為分散,從而使各晶粒之間及同一晶粒內的變形比較均勻,變形時的應力集中程度較低,且集中的應力也比較容易得到鬆馳,故能承受較大的變形量。總之,粗大的晶粒組織對鎢絲的低溫延性不利。而鎢絲斷面的晶粒度,又與原料鎢粉的平均粒度及粒度組成、垂熔條件、變形及退火參數的控制等密切相關。

二、變形過程中的“三度”

鎢材的加工為熱加工,人們習慣上將其旋鍛、拉伸過程中的加工速度、加熱溫度和變形程度簡稱為三度。由於旋鍛多為手工送料,拉伸速度也可人為調整,所以容易造成鎢絲延伸性很不均勻,旋鍛或拉伸速度過快也是出現局部缺陷的原因之一。因此,需嚴格按照絲材直徑合理控制加工速度。此外,還需分配和控制好各加工道次的變形量。

變形過程中的加熱溫度,對摻雜鎢絲的低溫延性也有著直接影響。若溫度過低,加工中除可能產生分層外,還會使鎢絲的表面纖維碎化。在繞絲過程中,碎化成一段一段的纖維之間形成微裂紋,這些微裂紋引起應力的高度集中,從而成為鎢絲的斷裂源。同時在拉伸過程中,還必須使絲材進模時和進模後保持一個相對穩定的溫差T。我廠的實際生產情況表明,在從d2.60mm→d1.52mm的加工工序中,最佳T值約為100℃,而從d1.27mm→d0.67mm的加工工序,其最佳T則約為200℃。

拉伸加工狀態的絲材,其晶粒的大小隨絲徑的減小而減小,甚至最小可達30nm。在拉伸狀態下,絲材的應變值及位元錯密度隨絲徑的減小而增大,深度溫加工的鎢絲位元錯密度可達到1012數量級,因此經深度溫加工的鎢絲具有較好的低溫延性。為此成品鎢絲退火點的選擇不宜靠成品規格太近,一般要求退火後須經過十道模具的拉制。

三、旋鍛過程中的再結晶退火處理

粗加工中,將鎢條旋鍛到一定程度時,要進行一次或兩次再結晶退火處理。採用傳統的垂熔退火方法,除夾頭部分達不到再結晶程度外,退火棒料的結晶還往往呈現出一頭粗一頭細,這對鎢絲的低溫延性有極大的影響;採用高頻退火,雖可克服上述缺點,但耗能大,效率低。目前我廠採用YHIGBT型中頻感應退火爐對鎢條進行中頻退火,替代傳統的垂熔退火和高頻退火。掌握好退火溫度與頻率參數的關係,通過中頻退火可使鎢棒的加熱溫度內外均勻,上下一致。對經中頻退火的鎢棒進行檢測,其橫斷面內外結晶均勻,品質穩定一致性好,極大地改善了鎢絲的低溫延性。同時與高頻退火相比,中頻退火可節電70%,效率提高一倍。

四、模具及石墨乳等影響因素

在旋鍛和拉絲時所用的旋鍛模和拉絲模,是使被加工的鎢棒材和絲材產生塑性變形的直接工具。模具的材質、結構、形狀及尺寸的正確選擇與設計,模具製造加工的品質、使用與維護的合理性,均直接影響到鎢棒、鎢杆及最終鎢絲的品質、成品率、生產效率和生產成本。

對旋鍛模的品質而言,材質選擇是基礎,結構設計是關鍵。旋鍛模的常用材料有高速工具鋼、鋼結硬質合金、硬質合金等。結構上,旋鍛模由進出料喇叭口和定徑區組成。定徑區的形狀近似橢圓柱形,其作用是準確控制被加工材料的形狀和尺寸,保證材料的表面品質。定徑區過短,錘痕明顯,表面不光,尺寸難保證;定徑區過長,使模壁和材料的接觸面增大,散熱快,降低變形溫度,最終影響鎢絲的低溫延性。在實際生產中,控制定徑區的長度為(0.5~2.5)d(d表示被加工材料的直徑)。定徑區的橢圓度用短軸與長軸之比表示,一般控制在0.8~0.9之間。橢圓度過大,鎢材與錘模的接觸面很小,易產生劈裂,且材料表面不光滑;橢圓度過小,鎢料表面易出現“耳子”或“啃料”,模具也容易開裂。

拉絲模是鎢絲生產中的重要工具,常用硬質合金、人造金剛石、金剛石等材料。拉絲模的孔形是否合理,不但影響模具的使用壽命和鎢絲的生產成本,而且對絲材的品質也有著極大影響。如壓縮錐角過大,鎢絲在拉伸過程中容易產生內裂紋,從而降低其低溫延性。多年的拉絲經驗證明,在摻雜鎢絲的拉制過程中,可根據絲材的斷面壓縮率,合理確定拉絲模的模角大小,其數值一般在10~15℃內變化。

石墨乳在加工過程中對鎢絲起潤滑和保護作用。據分析,正常拉絲情況下,約有70%的功用於克服模壁與絲材之間的摩擦阻力,若潤滑性能不好,所需的拉伸力加大,並且摩擦熱也相應增大,進出模溫差減小,易造成縮絲。同時,在高溫下,絲材表面若保護不好,容易產生氧化,這些都將引起鎢絲低溫延性的惡化。

綜上所述,摻雜鎢絲的低溫延性與原材料、工藝程序控制等密切相關,並直接影響鎢絲的繞制性能。除此之外還應看到,繞制中繞絲機的精度、絲盤和導嘴的粗糙程度等,也對鎢絲的繞制性能產生一定影響,如壓簧太硬或太緊,鎢絲排線不良,反拉力過大,以及操作不當,都將不利於摻雜鎢絲的繞制。

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