钨及其合金的塑性加工之钨基高温耐热合金的合金化原理

高温蠕变行为

高温耐热合金强化的重要目标是提高高温蠕变能力,抗蠕变能力是材料的重要力学参数之一。蠕变是在恒定的应力下,材料的塑性流变。在高温下,一切应力条件都会出现蠕变现象,在一定的温度下,蠕变的速率随应力的增加而增加。

在高温、恒定载荷长时间作用下,构件或材料发生的连续而缓慢的塑性变形称为高温蠕变。

蠕变过程可以用蠕变曲线表示,表示了金属材料在恒温恒载荷下应变和时间的关系。

蠕变可划分为:初期蠕变、黏性蠕变和加速蠕变三个阶段。

(1)蠕变强度。在一定温度下,永久不会引起金属断裂的最大应力。

(2)蠕变断裂强度或持久极限。在一定温度下,在规定时间内,引起断裂所需要的应力。时间是人为规定的,如100h、1000h等。

(3)蠕变残余伸长值。在一定的温度和载荷下,在规定时间内,引起的永久伸长值。

高温蠕变包括三个过程,即软化、硬化和断裂三个过程。

高温耐热合金的强化途径

在高温、外应力长时间作用下,金属材料不可避免地要发生蠕变塑性变形。为了使材料具有良好齣高温限役性能、高的可靠性及长的使用寿命,应尽量促进蠕变的硬化过程,抑制软化过程,防止大的变形和晶间断裂行为发生。
因此,材料应进行强化,强化应建立在机理研究究的基础上。

钨及其合金的强化机理

钨合金的品种很多,可分为:固溶强化合金、沉淀硬化钨合金、弥散强化钨合金、气泡强化钨合金、钨纤维增强复合材料。

钨合金


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钨及其合金的塑性加工之塑性加工原理

钨的脆性行为

材料的塑性是指材料在断裂以前的变形程度。强度是指材料抵沉变形杉和断裂全过程中吸收能量的能力(应力),韧性则表示材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力,是一种应变能。所以韧性材料应具有两个条件:有一定塑性,在断裂前发生永久变形;有一定强度,能承受一定变形抗力而发生弯曲。

Crutchley和Reid于1969年提出,体心立方金属的脆性是一种内在特性,它是以弹性模量表示出来的,与原子键有关。把材料体积弹性模量k与剪切弹性模量u的比率(k/u)的值看作是内在脆性的表征。难熔金属中铬、钨、钼的k/u在1.22-2.02之间,钨钼对断口十分敏感,特别是具有较高的塑脆转变温度。

钨的低温脆性及韧化机理

材料的断裂不仅是应力大小和分布的函数,还是一个在本质变化的物理过程,受到外部条件和内部组织结构猷的影响。因此,不仅要研究材料的力学性能、断裂韧性,还应将宏观的断裂过程、力学性能与微观机制结合起来研究,了解断裂本质并提出韧化措施。

钨及其合金断口分析:由于钨及其合金的状态及组织结构不同,断裂特征是不同的。

钨及其合金加工工艺基础

钨及其合金的力学性质依赖其内部组织结构.(包括亚结构),可以通过合理的工艺制度控制纤维结构,改善性能。在钨及其合金加工过程中,温度(变形及热处理温度)及变形程度是对结构影响最重要的参数。

在钨及其合金加工过程中通常要经过三个温度阶段乏:热加工、温加工和冷加工。热、温、冷加工的定义是以变形过程中组织结构变化为基础建立起来的三种变形类型。


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致密钨及其合金的其他生产方法之物理气相沉积法

六羰基钨热分解是物理气相沉积制取钨镀层的重要手段之一。

基本原理

六羰基钨的蒸气压可以用下列方程式计算:lgp=11.523-3872/T


六羰基钨在323K时开始升华,在451.3K时蒸气达到0. 101MPa。

依据分解条件(温度、浓度和设备结构等)不同,可按均相机理(在气相中形成钨晶核)和多相机理(在固体表面上沉积)进行。

K=K均相+K多相AS/V式中K均相——均相分解速度常数;K多相——多相分解速度常数;K——常数。

六羰基钨的性质与合成

50℃时就已经观察到升华现象。在178. 3℃时蒸气压达到0.1MPa。蒸气压用以下方程式描述(p,x 133.322Pa):
lgp=-(3872/T) +11. 523

升华热71.55kj/mol。六羰羰基钨不溶于水并且不为水所分解。在室温下,六羰基钨不与浓硫酸、浓盐酸和稀硝酸起反应。浓硝酸很快氧化羰基化合物。

羰基钨的合成(钼也一样)不能像羰基镍和羰基铁的合成那样用金属与一氧化碳直接的相互作用来进行,甚至在高压的一氧化碳(高于20. 265MPa)及温度200-300C时也不可能。在这种情涛况下羰基钨的严率不超过1%-2%。后来一些研究人员曾经确定由钨的氯化物制取六羰基钨的可能性,钨的氯化物在合成过程中被还原。还原时形成的金属钨原子与一氧化碳分子化合成
六羰基钨

热分解

羰基钨热分解
六羰基钨 =钨+6一氧化碳,因为简单易行,可在很宽的温度范围内(300-800℃)沉积,因此,这个方法被广泛用于制取致密钨镀层。

可以在加热的钨基体上(例如钨丝上)沉积钨。在这种情况下,获得致密的适合于压力加工的毛坯。


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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单晶钨的制取

区域熔炼法

钨的区域熔炼法可以生长出不产生晶界的单晶,而且区域熔炼设备能够达到很高的真空度,这就可以除去大部分杂质。用区域熔炼法制取高纯钨和单晶钨的高纯致密钨制取方法。实施区域熔炼的方式有多种,钨宜用电子束悬浮区域熔炼法提纯及制取单晶。

钨的电子束悬浮区域熔炼是在高真空下利用电子束加热钨棒上的局部区域,使之形成小熔区,并使小熔区按控制的速度移动。在熔区移动过程中,由于分凝效应而使原料钨棒中的杂质分别富集于首末端。一些杂质在高真空高温下亦会因蒸发而脱除。在切除含杂质较多的首末两端后,可得到较纯的中段钨棒。如是多次区域熔炼中段钨棒,便得到高纯钨或钨单晶。电子束悬浮区域熔炼属无坩埚区域熔炼法,因而还可避免坩埚材料对钨棒的污染。

等离子体熔炼法

该法是由前苏联冶金研究所首先提出的大型钨单晶制取方法,原始单晶固定在水冷铜棒,它可以调控速度的方式向下移动。在工作室的上端法兰上装有等离子枪。籽晶.作为阳极,阴极是等离子枪的钨电极,通过等离子枪通人Ar或Ar和H2的混合气体以产生等离子流,同时建立钨试样的保护性气氛。为了获得等离子体,气体流为电弧放电所电离。等离子流的温度高达10000~150000℃。钨棒送入等离子流,其末端被熔化,金属滴落在基体的液体金属表面。籽晶以一定的速度降落,结晶前沿保持在一定的水平上。这样,此过程在一定程度上与从连续给料的熔体中拉单晶的方法相似。

钨电子束悬浮区域熔炼能有效地脱除原料钨棒的杂质,产品纯度可达4个“9”(4N)以上,并可获得单晶。由于钨的密度大,且受液态钨表面张力的限制,目前用此法能制得的高纯钨棒最大直径仅为10mm。用托浮装置或堆熔法可以加粗到20mm。

单晶钨


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硬质合金车刀片改做小铣刀的方法

硬质合金车刀片多用于切削工具中,因其高硬度和耐磨性等特性而得到广泛应用,除此之外,硬质合金刀片还可进一步加工成小铣刀及端铣刀等刀具。

1.三角形硬质合金车刀片改做小铣刀

在铣窄而浅的槽时,若没合适的铣刀,可找一三角形硬质合金车刀片改做成小铣刀。

找到三角形硬质合金车刀片后测量其厚度,太厚时,用磨床磨薄到尺寸。按刀片的中心孔大小车制一铣刀杆,把车刀片安装到铣刀杆上后用小螺母紧固。由于三角形硬质合金车刀片中心孔没有键槽,不能用键传力,而小螺母的紧固力太小,所以应该再用铜焊法把车刀片焊接到铣刀杆上。工件装夹在夹具上并对好刀后就可铣削了。由于这种铣刀为负前角。铣削深度、进给量和铣削速度不能大,并加注冷却液冷却。

2.可在中心压紧工件的端铣刀

工件为一方形件,中间有一圆窝,在定位板上按工件尺寸加工有方形浅窝,正好可把工件放进,在浅窝边或四边上铣出一小口,可用工具把铣好的工件拔出。

为保证在铣削过程中工件不会飞出,特设计了在中心压紧工件的端铣刀,球头销用螺套连接在端铣刀体的下端,在球头销和刀体之间有压缩弹簧给球头销施压,从而使球头销以合适的力太在工件上。

该铣刀也可安装在摇臂钻床上使用,以铣削较小的工件。定位板可用低熔点合金制成,并用压板紧在铣床或摇臂钻床的台面上。


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