致密钨及其合金的其他生产方法之熔炼法

致密钨及其合金的生产除粉末冶金方法之外,还有熔炼法、化学气相沉积法、物理沉积法等。

真空自耗电极电弧熔炼

现代的电弧熔炼中,熔炼金属钨通常采用自耗电极和铜及铜合金制成的坩埚进行电弧熔炼。在真空状态下,熔融的金属流人冷铜坩埚(锭模)冷却成锭,由于铜的导热性好,热量易于传递,所以液态金属接触到水冷铜坩埚后迅速凝固,因而排除了钨及其合金与铜坩埚之间的相互反应。金属钨在电弧火焰中熔化,电弧发生在上电极(自耗)和下电极(铜锭模中的钨及其合金)之间。真空电弧熔炼自耗电极为阴极,熔融金属为阳极。

电弧熔炼的钨锭具有粗晶粒结构,因此,脆性较大,可以在熔炼之后进行消除热应力处理,或加入其他元素作为间隙杂质的净化剂和控制晶粒的大小。

电子束熔炼

电子束熔炼的钨及其合金纯度很高,但其晶粒特别別粗大,不易于进行压力加工。工业上有采用经一次电子束熔炼后再进行真空自耗电弧熔炼的。电子束熔炼的钨及其合金制品的强度比电弧熔炼和粉末冶金产出的制品低,而塑—脆转变温度接近或略高于它们。

区域熔炼

采用电子束加热法对钨及其合金进行区域熔炼,通过区域熔炼可以得到纯度很高的钨,其维氏硬度为2842-33430,钨的韧性也得到很大的提高。

高比重钨合金材料具有密度高、强度高、良好的塑性和切削加工性,良好的导电性和导热性,耐腐蚀性能好,可焊性好,对各种射线有优异的吸收能力。高密度钨合金在国民经济和国防工业中获得了广泛应用。航空和航天工业用于陀螺仪转子、配重和平衡材料,也用于导向装置和减震装置;石油工业、核工业和医疗器械工业用作防止各种射线的屏蔽材料;机械工业用作压铸模、刀夹、镗杆及自动手表重锤;兵器工业用作穿甲材料和药型罩材料;电气工业用作284’铆头和开关触头材料;体育用品中还可用作高尔夫球拍配重材料。
高比重钨合金


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钨及其合金坯烧结工业实例之间接烧结法

将钨及其钨合金压坯及预烧结坯置于电阻炉、感应立炉和其他方式的加热炉中进行烧结称为间接烧结法。

间接烧结法设备

卧式钼丝炉:用于烧结钨—镍合金、钨基高密度合金(钨-镍-铁,钨-镍-铜等),钨—铜及钨—银合金。

高温电阻炉、感应炉等:用于烧结纯钨及单元系或多元系固相烧结的钨合金。

间接烧结法工艺:间接烧结法生产纯钨及单元系或多元系固相烧结制品。

间接烧结法所用加热炉的烧结温度低于垂熔法烧结温度。因此,对间接烧结法所用钨粉粒度和压制压力要求严格。
间接烧结法工艺的制定除选择合适的钨及其合金粉末外,坯料的尺寸及单重也是重要的依据之一,要求缓慢的升温和足够的中间温度保温时间。

间接烧结法生产钨基高密度合金

常见的钨基高密度合金有:钨-铜-镍系列及钨-镍-铁系列。这类钨合金的生产常用卧式钼丝炉进行。以90%钨+2.5%铜+7.5%镍为例。这是典型的液相表面张力和固—液界面张力,液相烧结也可分为三个界限十分明显的阶段。


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冷等静压成形

压坯尺寸较小,外形较简单的钨及合金粉末冶金制品,可以用钢模压制生产,但大规格,形状复杂的压坯普通钢模是无法成形的,应采用等静压及其他方法成形。等静压包括冷等静压和热等静压,其中冷等静压在工业生产中已经普遍适用。

等静压是借助于高压泵的作用把流体介质(气体或液体)压入耐高压的钢体密封容器内,高压流体的静压力直接作用在弹性模套内的粉末上,粉末体在同一时间内在各个方向上均衡地受压而获得密度分布均匀和强度较高的压坯。
冷等静压所用的流体介质通常为水或油,软模用优质橡胶或塑胶制成。

等静压成形同一般钢模压制成形比较,它的优点是:等静压制时,通过胶体软模施于被压分体的整个外表面上,可以制造形状复杂,密度均匀,高度和直径的比例可以任意选择的压坯,压制时,粉末与弹性模具的相对移动小,因此摩擦损耗也小,所需单位压力低,密度均匀,压坯密度和强度均高,便于运输和机械加工处理,而且软模的制造成本也低。

等静压设备:等静压制主要设备为等静压机,组合模及自动装机械。在此,仅介绍冷等静压机和软模的制作。

冷等静压机:冷等静压机主要由高压容器和流体加压泵组成,配有流体储槽,压力表,输运流体的高压管道,高压阀门等。

工业上应用的冷等静压机主要有三种类型:拉杆式等静压机、螺纹式等静压机、柜架式等静压机。

软模制作及技术要求

模具材料的选择和模具的制作:不同的粉末体在等静压制成形时需要不同的压力,金属粉末等静压力为43-219MPa,陶瓷用碳化物为70. 4-219MPa。因此,钨粉等静压制需要用的模具材料必须应有一定的强度和弹性,装粉时能保持原来的几何形状;具有较高的抗磨耗性能;易于加工;不与压力介质发生物理化学作用;材料不易黏附在压坯上,使用寿命长,价格便宜等



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钨及其合金坯烧结工业实例之直接烧结法

钨及其合金的烧结通常采用直接烧结法、间接烧结法。直接烧结法多用于规格较小,供棒、杆、丝等用钨及其合金粉末冶金棒坯的生产。间接烧结法多用于大型的板坯。部分液相烧结法用于制取钨及其合金粉末冶金制品,如钨板坯、钨基高密度合金、钨-铜合金等。

采用钨预烧坯置于垂熔炉两个电极夹头之间,预烧坯在氢气保护气氛(或真空及其他保护气氛)中以低电压、高电流、电阻发热进行烧结的方法,称为直接烧结法。

直接烧结法设备:直接烧结法主要设备为预烧炉和垂熔炉,垂熔炉结构常见的是水冷钟罩式、有单罩式和多罩式。

直接烧结法工艺

预烧结

预烧结的目的是为了排除压坯中的易熔、易挥发的物质,提高压坯的勺导电性和强度。预烧结工艺制度依据坯料的牌号、规格等而确定。

垂熔烧结

垂熔烧结的工艺制度主要是控制电流值、升温时间、保温时间、冷却水的温度与流量。一般在垂熔生产中,每批钨坯在确定工艺制度前,先做熔断试验,确定熔断电流。生产中最高垂熔工作电流约为熔断电流的88%-93%。


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钢模压制成形

钢模压制是普通压模成形的主要方法,主要设备为压力机和压模,压力机有机械式、液压式、机械—液压组合式。压模的种类很多,对于钨钼生产,主要是可拆组合式,压坯形状主要为条、块等。

钢模压制成形设备

液压机

钨及钨合金钢模压制主要采用液压机,液压机的种类和规格很多,有多种型号的单向自动压力机和双向压力机,液压机的制造技术已十分先进,自动化程度越来越高。

模具

压模的种类有很多,有自动压模、可拆式平动压模,钨及合金条块的生产主要为可拆式平动压模,常用压模材质为碳素工具钢,热处理硬度在60HRC以上,模具内壁表面粗糙度为Ra0.16~0.32μm(▽9)以上,配合间隙为0. 03-0.05mm。

钢模压制成形工艺:钨及其合金压坯的压制与产品的牌号及润滑条件有关,一般压制压力在100 N 600MPa范围



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