中子（neutron）是一种电中性的粒子，具有与质子大约相同的质量。中子属于重子类，由两个下夸克和一个上夸克构成。绝大多数的原子核都由中子和质子组成（仅有一种氢原子的同位素例外，它由一个质子构成）。在原子核外，自由中子性质不稳定，半衰期为15分钟。中子衰变时释放一个电子和一个反中微子而成为质子（β衰变）。同样的衰变过程在一些原子核中也存在。原子核中的中子和质子可以通过吸收和释放π介子互相转换。因为中子是由夸克组成，所以它是个复合粒子。中子和其它常见的次原子粒子最大的分别在于中子因其下夸克和上夸克之电荷互相抵消，本身不带电荷。另它穿透性强，无法直接进行观察，也令它在核转变中成为非常重要的媒介物。这两项因素使得它在次原子粒子发展历史的较后期才被发现。中子用于核武器的制造被称为特殊的氢弹，有辐射效应广、杀伤力大、贯穿作用强的特点。因为钨合金对中子有一定的屏蔽能力，所以，为了防止中子弹的危害，科学家正在研究用钨合金作为装甲车内中子屏蔽材料。

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再结晶退火的目的

方钨条加工变形成圆钨棒时,受到了严重的不均匀变形,在钨棒横断面上产生不均匀应力,四棱角处的应力最大,即横断面周围应力较大,中心部位应力最小。继续进行旋锻加工会加剧不均匀变形,致使钨棒开裂和脆断。如果及时进行均匀化再结晶退火,消除不均匀的应力,调整钨棒内部的晶粒结构,产生均匀的结晶断面,有利于钨棒随后的旋锻和拉丝加工。

再结晶退火点的选择

再结晶退火点应根据变形程度确定,变形程度一般达到40%～50%时就要进行均匀化再结晶退火。但值得注意的是:变形程度的计算起点很重要,从方钨条旋锻至圆钨棒时的直径作为变形程度的起点,而不应以方条对角线作为变形程度计算起点。变形程度小的钨棒再结晶退火后,它的断面结晶不均匀,周围粗大,而中心细。这种结晶组织钨棒在拉丝过程中容易产生脆断和一致性差,并且降低钨丝的高温性能。

当前,国内有些钨丝厂只进行一次再结晶退火,一般选择9.0～10.5mm为再结晶退火点;而另一些钨丝厂则进行两次再结晶退火,一般选择10.5mm和5.5mm左右为两个退火点。如果选择7.2mm为再结晶退火点,只进行一次再结晶退火就能获得两次再结晶退火的结果。

再结晶退火钨棒的断面结晶要求

无论是采用一次还是二次再结晶退火,钨棒的横断面结晶组织应满足如下要求。

(1)整个横断面的晶粒大小应基本均匀一致,不允许出现环形结晶组织,即周围晶粒粗大而中心晶粒细。

(2)整个横断面的晶粒大小能用肉眼看清楚,不允许全是细晶。

(3)钨棒的横断面断口放在太阳光或强灯光下观察时,部分粗晶粒显示闪亮,部分细晶粒不闪亮,闪亮晶占50%左右为最佳。闪亮晶的比例过大或过小,都会使钨的加工性能变坏。比例过小时,在拉丝过程中易产生纵劈裂断丝;比例过大时,在拉丝过程中易产生脆断裂。

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料温要均匀

为了使料温均匀,首先要求加热钨条的炉膛温度要均匀一致,炉子结构和缠绕炉丝的方法是至关重要的。旋锻开坯用的钼丝炉一般是一端开门而另一端封闭,获得均匀的温区是很困难的。采用炉丝间距分阶段的缠绕方法和钨条在炉中来回移动加热法(即勾料旋锻)就能使料温均匀,可防止钨条开裂和脆断。加热钼丝炉的钼丝缠绕圈距应根据钨条的长度、炉子结构、钨条在加热过程中所处的位置和模次来确定。

分阶段确定钨条开坯的压缩比

旋锻开坯方钨条的最佳压缩比是:方变圆的过程中,即打棱角过程,应采用小压缩比旋锻,约旋锻三模次;方条变成圆钨棒后,应立即采用大压缩比旋锻;然后随着钨棒直径减小,其压缩比也逐渐减小进行旋锻。采用上述压缩比旋锻工艺,可防止裂纹产生。

慢速旋锻

有些钨丝厂,钨条在方变圆的过程中,为了防止料温降得快,采取快速打料,在钨条表面产生大的锤痕,甚至产生裂纹。钨条由于强度低和方变圆过程中属于极不均匀变形,若采取快速旋锻,容易使钨条脆断和开裂。因此,钨条在旋锻过程中应采用适当慢速旋锻。

改进钼丝加热炉

(1)新炉管使钨条在旋锻过程中产生严重横裂,第一炉料是最严重的,有时达到报废的程度。随着炉次增加,产生的裂纹也逐渐减少,大约需8～10炉次才能消灭裂纹产生。造成上述问题的主要原因是:新氧化铝炉管中含铁和磷较高,磷是制炉管工艺过程中加入的。微量铁和磷使钨产生脆性。解决的办法是:新炉管中放入大量钨(钨粉或钨条,它们的表面积越大越好),在高于使用温度下保温空烧8～10h,然后取出炉管中的脏钨并清理干净,旋锻的钨棒没有裂纹。

(2)钼丝加热炉安装热电偶测温是稳定钨条旋锻工艺的重要手段。钨铼热电偶测温高、灵敏度高、热电势值大、价格低廉,是测量钼丝炉温度的最佳热电偶。它能自动控温,消除了人为误差,大大提高了温度的可靠性和准确性。

(3)高纯空心氧化铝球代替氧化铝粉做保温材料。由于氧化铝球热容量大,保温性能好,在打料过程中,温度波动小,保证了钨条在均匀温度下进行旋锻。

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拉丝开坯一般采用直拉(链拉)和盘拉(转盘拉丝),老工艺一般采用直拉,新工艺多采用盘拉。无论应用何种工艺进行开坯应注意下列问题。

加热方式

目前工厂中采用的加热方式有慢速加热和快速加热两种:快速加热是在高色温火焰下无炉管的加热,被加热钨丝的温度不均匀;慢速加热是在较低的火焰下同时加热炉管和钨丝,加热炉的辐射温度又加热钨丝。钨丝在双重作用下加热,其温度均匀,从而使钨丝变形均匀,所以钨丝加工性能优良。

拉丝温度

纯钨丝和掺杂钨丝的再结晶温度随变形程度的变化规律是不同的,纯钨丝的再结晶温度随变形程度增加而慢速降低,但掺杂钨丝的再结晶温度却随变形程度增加而迅速提高。纯钨和掺杂钨的起始再结晶温度都在1100℃左右,经过变形后的纯钨,它的再结晶温度降到800℃～900℃;经过变形后的掺杂钨,它的一次再结晶温度为1000℃～1100℃,而它的二次再结晶温度提高到2400℃左右。根据这一规律,第一模拉拔掺杂钨丝的温度不宜过高,加热时间不宜过长,否则会使钨丝局部发生再结晶,导致放丝脆断。第二模的加热温度应与第一模相等,随后随模次增加而逐渐降低拉丝温度。

拉丝温度、速度和压缩比三者的关系

拉丝温度应随着模次增加或变形程度增加或直径减小而逐渐降低;拉丝速度应随钨丝直径减小而逐渐加快;拉丝压缩比也应随钨丝直径减小而逐渐减小。大压缩比拉丝一定要与慢速拉丝和较低温度配合进行拉拔,大压缩比不能快速拉丝和高温拉丝;小压缩比可快速拉丝,但钨丝的横断面变形不均匀,将产生不均匀的应力,使拉丝性能变坏。拉丝开坯的钨丝直径一般为2.60～4.00mm。拉丝开坯应采用大压缩比,特别是大直径钨杆,一般采用30%～40%的压缩比,其拉丝速度应为3.5～4.0m/min。

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应用概况我国钨丝加工企业长期以来广为使用的MB一500B/300B/100B/30B多头单模拉丝机和六联拉丝机现已大面积被淘汰出局。目前大量使用滑动式多模连续拉丝机，其主流机型有仿英的“电加热型”八模/六模/四模系列拉丝机和仿日的“气一电加热型”十模/十模(十二模)/K模(六模)系列拉丝机。此外，还有一些简易型多模拉丝机也在使用。国产主流设备具有的软起动一宽调速、动力平稳传递、炉温(电热型)—模温自动控制、速度—计长显示、细密排丝、断丝停车、耐磨损塔轮等功能，标志着我国钨丝多模拉丝机已具有较为先进的水平。

多模连续拉丝技术的有效应用，强烈地依赖于原材料钨条或钨杆的质量水平。目前我国供细钨丝拉制用的00.4MM盘料的单重，已从昔日的500～700g/根提升到2500～5300g/根以上，且内在质量状况，尤其是/Jn－r特性有了很大提高，这为细钨丝多模连续拉丝技术的应用创造了很好的条件。

在工艺规范的制订方面，目前遵循的原则是：针对不同产品特性的需要，充分围绕多模连续拉丝特有的“变形程度一变形速度一变形温度”规律并适应特定机型的运行条件。配模设计时，对滑动参数的取用仍遵循传统方法，只考虑道次滑动。道次滑动系数在1.02～1.16范围内，各企业间差异很大，而对累计滑动不作考虑。在实用工艺规范中按道次变形量的不同，可分为大压缩率多模拉丝和普通压缩率多磨拉丝两种模式，短流程加工型企业(如00.4—0.0(MMl区段加工)较多采用了大压缩率多模拉丝规范。

应用效果从尝试、推广钨丝的多模连续拉丝技术开始，到现在已经20多年了，但该技术在我国钨加工企业真正得到广泛应用仅是近十年间的事情。与我国传统的单模拉丝工艺相比，采用多模拉丝技术后的大多数企业已取得以下收效。

(1)因为操作者人均看管机台数大大增加，劳动生产率提高4倍以上。

(2)由于集中加热，热利用率提高，使动力电消耗或燃气消耗均可降低40%以上。

(3)钨丝损耗降低，金属的总收得率和成品率明显提高。

(4)占用厂房场地面积减少50%以上。

(5)易于控制细钨丝的抗拉强度增长速率，利于稳定产品质量。

(6)批量生产中，物流畅通、快捷，给生产管理带来很多方便。

(7)促进了钨丝生产从粉末工序开始的全流程质量和管理水平的提高，形成整体良性循环的局面，对提升我国钨丝水平并促进强势发展起到了十分积极的作用。

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多模连续拉丝技术在各个企业之间的使用效能尚有较大差异，断丝、缩丝、曲丝、色差等加工缺陷及引起的产品性能不稳定、模耗大、机头利用率低等问题，在一些企业还比较严重，有待从理论上深化认识并在实践中完善。同时，多模连续拉丝技术本身的进步没有止境，还有进一步优化的前景。

强化原材料及生产过程的品质管理

具有全流程、规模生产的大中型钨丝企业，在进一步稳定各中间制品质量，为钨丝的多模连续拉丝创造更好的条件方面，仍需不懈的努力。在这些企业之外，我国现有改拉加工型的专业厂近百家，这些专业厂年产钨丝总量达33亿米以上，但在原材料(大部分为.39—0.43rAm)及生产过程的品质控制方面比较薄弱，许多厂家没有必要的测控手段，因而在应用多模连续拉丝技术中存在较多问题。鉴此，这类企业尤其是以00.03mm以下细钨丝为主导产品的厂家，以及生产特种钨丝的厂家，应当配置高温下垂试验仪、裂纹探伤仪、抗拉强度试验机、绕丝及螺旋加热脆性试验装置等必要手段，有条件的厂家应尽可能从0.8一1.0nAn始拉，建立严格的过程检测分级管理制度，从而为多模拉丝技术的有效应用提供保障。

高度重视拉丝模具的管理

成套配模技术和养护制度是多模拉丝技术的关键内容之一。

在制订拉丝规范时，要合理地规定每一道拉拔后的丝径(或丝重)允差范围。但是，在这一许可的允差范围内并不意味着可以随意使用拉丝模。

目前，我国拉丝模专业生产厂家的工艺及管理方式尚不能做到模具的特性稳定一致，钨丝厂经拉丝使用而反复修理后往往变得更为混乱。要适应多模拉丝的技术管理要求，必须特别重视修模能力的配备并加大模具储用总量。

技术规范尚存不足设备仍需不断改进

拉丝模序设计的重要原则之一是注重同设备塔轮速比的适配。但目前使用的多模拉丝机所谓“定型”设备的塔轮速比并不合理，例如电热八模机型的塔轮速比(由里向外)是：1.130/1.133/1.094/1.164/1.130/1.130/1.130

显然，至少在第3至第3级塔轮的速比上存在缺陷，其他机型也存在类似不合理的情况。为此，模序设计和成套配模时应考虑这些实际情况，以保持拉丝过程中外力(拉力与反拉力)和运动(牵引与滑动)的相对均衡。

此外，现用多模拉丝机的温区长度、加热方式、模架位置、测温系统设置、计长显示、收放丝装置、排丝精度和张力调节措施等方面，都存在需不断优化、改进的地方。

应用多模连续拉丝技术并不一定要完全排斥单模拉丝形式。无滑动的单模拉丝机在拉制高表面质量的丝材方面，有着较大优越性，况且它机动灵活，同多模拉丝机结合使用，将有助于进一步提高设备的有效利用率。

研发新技术和新设备

前面曾经述及，目前许多企业工艺的制订是适应特定机型或简单套用，而不是设备的设计适配于工艺；配模设计采用的是传统理论和方法。要研发多模拉丝新技术和新设备，就必须改变这种情况。

应当研究开发低滑动多模拉丝技术并研制相适应的设备。目前，在许多微金属丝拉伸生产领域，国外已大量应用滑动拉伸新原理，采用低滑动或微滑动多模拉丝技术和设备，在降低滑动功率损耗、稳定丝材表面质量、减小拉丝塔轮磨损和提高出丝速度等方面，取得很好效果。这一先进技术值得钨丝加工业借鉴。其基本做法是加大最后一道次的延伸系数与塔轮速比的比值，将滑动系数设定在1.1左右，其它道次的滑动系数均降低至1.0～1.01，这样使得各级塔轮均保持有10%左右的均匀滑动率，不再出现很大的递增性累积滑动。为适配该技术，需要在拉丝机模数(塔轮级数)的设置、塔轮的速比设计及传动系统、整机结构等多方面创新。

应当研究开发多功能一体化的多模拉丝机及精品拉丝机。拉丝机的模数按不同企业的实际需求情况，可朝十模以上方向增加，必要时可采用多组塔轮型及双层结构设计。发挥多模拉丝机的潜能，利用变形轮矫直原理或热张力方法，使其具有丝材矫直功能，降低或重新分布钨丝的残余应力。开发多模拉伸一(分区控温)一退火—矫直一成品复绕等功能一体化的拉丝机，将具有较好的实用价值。应当力戒近年间推崇粗糙简陋型设备的倾向，专业设备厂应致力于更高水平地寻求社会合作，研发运转精度高、工艺适应性强、可在线检测(尤其是超高精度丝径测量)、自动控制功能完善并稳定可靠的系列机型和精品设备。

加强润滑技术研究

润滑技术历来是我国钨丝加工业的薄弱环节。多模拉伸对润滑剂的品质和使用管理提出了更高的要求。这一问题亟待有关生产、应用和科研单位携手合作改进。

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伽马射线有很强的穿透力，工业中可用来探伤或流水线的自动控制，医疗上用来治疗肿瘤。但是伽马射线对人体的危害极大，所以防护措施就至关重要。物理学家们发现超短激光脉冲可以和电离气体发生反应，并产生一束极其强大的伽玛射线激光，它甚至可以穿透20厘米厚度的铅板，要用1.5米厚的混凝土墙才能彻底屏蔽它。伽马射线是频率高于1.5 千亿亿 赫兹的电磁波光子,不具有电荷及静质量，故具有较α粒子及β粒子弱之电离能力。伽马射线具有极强之穿透能力并且带有高能量。根据伽马射线的特点和使用经验，用来屏蔽伽玛射线的材料有很多，如水、土壤、岩石、铁矿石、混凝土、铁、铅、钨以及铀等。这些材料对伽玛射线的屏蔽效果各不相同，其中钨合金对伽玛射线屏蔽最有效。研究发现钨的高原子数之原子核阻停。

下面是钨元素的结构参数。

钨属于元素周期表中第六周期（第二长周期）的VIB族。

原子序数74，原子量183.85

原子体积：（立方厘米/摩尔）9.53

密度：19.35克/每立方厘米。

晶体结构及晶格常数：

α-W：晶胞为体心立方晶胞，每个晶胞含有2个金属原子。

β-W：立方晶格 a＝5.046 nm（630℃以下稳定）

晶胞参数：

a = 316.52 pm

b = 316.52 pm

c = 316.52 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 90°

而且钨合金屏蔽材料具有体积小，总重量轻等优点。根据科学研究还发现高密度也对辐射有屏蔽效应，而且密度越大屏蔽能力越强。综合角度考虑，钨具有比铅对环境更少的危害，可以说钨是一种环保金属材料，并且在中国的储量非常丰富。总之钨是屏蔽伽玛射线的理想材料。

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γ射线具有极强的穿透本领。人体受到γ射线照射时，γ射线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离作用，电离产生的离子能侵蚀复杂的有机分子，如蛋白质、核酸和酶，它们都是构成活细胞组织的主要成份，一旦它们遭到破坏，就会导致人体内的正常化学过程受到干扰，严重的可以使细胞死亡。

γ射线的危害主要表现在以下两个方面：一是γ射线的能量大。由于γ射线的波长非常短，频率高，因此具有非常大的能量。高能量的γ射线对人体的破坏作用相当大，当人体受到γ射线的辐射剂量达到200－600雷姆时，人体造血器官如骨髓将遭到损坏，白血球严重地减少，内出血、头发脱落，在两个月内死亡的概率为0－80%；当辐射剂量为600－1000雷姆时，在两个月内死亡的概率为80－100%；当辐射剂量为1000－1500雷姆时，人体肠胃系统将遭破坏，发生腹泻、发烧、内分泌失调，在两周内死亡概率几乎为100%；当辐射剂量为5000雷姆以上时，可导致中枢神经系统受到破坏，发生痉挛、震颤、失调、嗜眠，在两天内死亡的概率为100%。二是γ射线的穿透本领极强。γ射线是一种杀人武器，它比中子弹的威力大得多。中子弹是以中子流作为攻击的手段，但是中子的产额较少，只占核爆炸放出能量的很小一部分，所以杀伤范围只有500－700米，一般作为战术武器来使用。γ射线的杀伤范围，据说为方圆100万平方公里，这相当于以阿尔卑斯山为中心的整个南欧。因此，它是一种危害极大的放射性物质。在工作生活中要尽量避免被γ射线照射到，并且采取一定的防护措施，据厦门中钨介绍，钨可能对其有屏蔽功效。

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γ射线，又称γ粒子流，是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线，是波长短于0.2埃的电磁波。放射性原子核在发生α衰变,β衰变后产生的新核往往处于高能量级，要向低能级跃迁，辐射出γ光子.首先由法国科学家P.V.维拉德发现，是继α、β射线后发现的第三种原子核射线。原子核衰变和核反应均可产生γ射线。

γ射线的波长比X射线要短，所以γ射线具有比X射线还要强的穿透能力。可以透过几厘米厚的铅板。当γ射线通过物质并与原子相互作用时会产生光电效应、康普顿效应和正负电子对三种效应。原子核释放出的γ光子与核外电子相碰时，会把全部能量交给电子，使电子电离成为光电子，此即光电效应。由于核外电子壳层出现空位，将产生内层电子的跃迁并发射X射线标识谱。高能γ光子（>2兆电子伏特）的光电效应较弱。γ光子的能量较高时，除上述光电效应外，还可能与核外电子发生弹性碰撞，γ光子的能量和运动方向均有改变，从而产生康普顿效应。当γ光子的能量大于电子静质量的两倍时，由于受原子核的作用而转变成正负电子对，此效应随γ光子能量的增高而增强。γ光子不带电，故不能用磁偏转法测出其能量，通常利用γ光子造成的上述次级效应间接求出，例如通过测量光电子或正负电子对的能量推算出来。此外还可用γ谱仪（利用晶体对γ射线的衍射）直接测量γ光子的能量。由荧光晶体、光电倍增管和电子仪器组成的闪烁计数器是探测γ射线强度的常用仪器。γ射线在医疗器械中用处很大，但是也会有一定的危害，在运用中要注意防护，据厦门中钨在线了解钨对屏蔽γ射线有一定的能力。

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一、原材料的纯度

试验表明,极高纯度的钨具有优异的室温延性,即金属钨的本身并不脆。钨丝之所以产生低温脆性,主要是有害杂质元素的影响。因此,原材料的纯度是影响钨丝低温延性的一个重要因素,这种影响有时甚至不能通过垂熔提纯而得到消除。

已经证实,杂质元素镍和铁的存在,对钨丝的低温延性不利,如铁的含量过高,甚至可使钨丝的塑-脆性转变温度升高到700℃,实际上已无法进行加工。

间隙杂质氧、氮、碳被公认为是对钨的低温延性最有害的元素,随着这些杂质元素含量的增加,钨丝的塑-脆性转变温度急剧升高,绕制性能显著变坏。其中,当氧含量达到30×10×-6时便以第二相的形式存在,可见氧在钨中的溶解度极低;若氧含量增加至80×10×-6,则生成钨的氧化物并沿晶界分布,使钨丝容易发生晶界断裂。当氮含量达到30×10×-6时,将产生室温硬化,且氮与钨所生成氮化物也沿晶界分布,于钨丝的加工和绕制性能不利。元素碳极易在钨坯生产和钨丝加工中生成硬而脆的碳化物,造成脆性断裂。

可见,某些金属元素和间隙杂质的危害是不容忽视的。

目前,可通过多种化学提纯方法有效降低原材料中的杂质含量,例如APT的反复结晶法,APT的硝酸处理法,钨酸钠溶液的离子交换法等等。但是,为了不致过高地增加钨丝生产成本,目前在实际生产中,采用氨溶提纯钨酸去除杂质的方法比较适宜。

二、附加剂的作用

为了使钨丝具有良好的高温抗下垂性,通常在钨中掺有一定量的硅、铝、钾。、然而对钨的低温延性而言,这三种掺杂元素均不直接起有益作用。因此,为了使掺杂钨丝兼具良好的高温抗下垂性和较好的低温延性,除需在掺杂工艺中控制掺杂剂的添加量(如K2O≤0.45%;SiO2≤0.4%,Al2O3≤0.03%)外,常常还加入一些和间隙相杂质亲和力较大的替代合金元素作为清洁剂,以达到使钨基体中的间隙元素生成稳定的化合物,从而降低间隙元素对钨室温脆性有害影响的目的。现已发现,将微量的钌或钴添加到钨中均可改善钨丝的低温延性,这已在许多厂家的生产实践中得到验证。

我厂在三氧化钨中掺杂硅、铝、钾时,再添加0.015%的钛(以三氯化钛溶液加入),制得一种含钛的耐高温钨丝,其塑性和弯折性都很好。常规检验数据表明,含钛掺杂钨丝的绕制合格率比不含钛掺杂钨丝提高了25%,其室温延伸率也由原2.70%提高到3.64%。

由此可见,添加微量的适当金属元素作为附加剂,可使掺杂钨丝的低温延性得到有效改善。

三、丝材的表面状况

加工过程中,钨丝可能出现的表面缺陷达20余种,可归结为表面机械损伤和表面沾污这两大类,且都将对钨丝的低温延性造成不良影响,机械损伤,如微小的分层、裂纹、劈裂、凸起和凹坑等缺陷,最终可能形成应力集中点,从而使钨丝的塑性降低。总结多年的生产实际情况,细钨丝的延性下降,很大程度上就是因其表面质量不良所引起。表面沾污,主要体现为钨丝表面沾污有某些有害金属,如钨镍合金是一种硬脆性物质,当钨丝表面沾污有镍时,在1100℃以上就有可能出现脆性;而当镍-磷共存时,于800℃以上也会产生脆性。在进行绕制和折叠成形时,应力集中于钨丝的脆性部分,即使应力很小,也可能产生断裂。

为了消除加工过程模具(旋锻模)引起的沾污和加工过程中产生的表面缺陷,通常采用电解清洗法。一般将旋锻至d8mm左右的钨棒放入自制的电解清洗槽中,用浓度为28%的氢氧化钠溶液进行电解清洗,继续旋锻至d4mm左右时,再进行一次电解清洗(两次电解清洗总的金属损失量控制在<3%范围)。这样可使丝材的表面状况得到明显改善,光洁度增加,从而减轻了钨丝在绕制过程中应力集中的程度,使低温延性大大提高。

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一、垂熔制度

垂熔工艺对钨条的物理、化学性能有着直接影响,应根据钨粉的平均粒度和粒度分布曲线,采用相应的升电流规范,以保证有害杂质和无效掺杂剂得以充分挥发和排除,使杂质降至许可要求范围之内。在垂熔过程采用自动控制和慢速垂熔规范,如适当延长钨坯的垂熔时间,也对提高钨丝低温延性有较好的作用。

此外,掺杂钨丝的低温延性与丝材晶粒度也有着密切关系。晶粒细、晶界多,在相同杂质含量的情况下,分布在晶界上的杂质浓度相应较低,因此危害较小。相反,晶粒粗,晶界少。杂质于晶界上的分布浓度较高且分布不均,故危害较大。同时,晶粒较细,即单位体积内的晶粒数较多,在一定的变形量下,和粗晶粒相比,变形较为分散,从而使各晶粒之间及同一晶粒内的变形比较均匀,变形时的应力集中程度较低,且集中的应力也比较容易得到松驰,故能承受较大的变形量。总之,粗大的晶粒组织对钨丝的低温延性不利。而钨丝断面的晶粒度,又与原料钨粉的平均粒度及粒度组成、垂熔条件、变形及退火参数的控制等密切相关。

二、变形过程中的“三度”

钨材的加工为热加工,人们习惯上将其旋锻、拉伸过程中的加工速度、加热温度和变形程度简称为三度。由于旋锻多为手工送料,拉伸速度也可人为调整,所以容易造成钨丝延伸性很不均匀,旋锻或拉伸速度过快也是出现局部缺陷的原因之一。因此,需严格按照丝材直径合理控制加工速度。此外,还需分配和控制好各加工道次的变形量。

变形过程中的加热温度,对掺杂钨丝的低温延性也有着直接影响。若温度过低,加工中除可能产生分层外,还会使钨丝的表面纤维碎化。在绕丝过程中,碎化成一段一段的纤维之间形成微裂纹,这些微裂纹引起应力的高度集中,从而成为钨丝的断裂源。同时在拉伸过程中,还必须使丝材进模时和进模后保持一个相对稳定的温差T。我厂的实际生产情况表明,在从d2.60mm→d1.52mm的加工工序中,最佳T值约为100℃,而从d1.27mm→d0.67mm的加工工序,其最佳T则约为200℃。

拉伸加工状态的丝材,其晶粒的大小随丝径的减小而减小,甚至最小可达30nm。在拉伸状态下,丝材的应变值及位错密度随丝径的减小而增大,深度温加工的钨丝位错密度可达到1012数量级,因此经深度温加工的钨丝具有较好的低温延性。为此成品钨丝退火点的选择不宜靠成品规格太近,一般要求退火后须经过十道模具的拉制。

三、旋锻过程中的再结晶退火处理

粗加工中,将钨条旋锻到一定程度时,要进行一次或两次再结晶退火处理。采用传统的垂熔退火方法,除夹头部分达不到再结晶程度外,退火棒料的结晶还往往呈现出一头粗一头细,这对钨丝的低温延性有极大的影响;采用高频退火,虽可克服上述缺点,但耗能大,效率低。目前我厂采用YHIGBT型中频感应退火炉对钨条进行中频退火,替代传统的垂熔退火和高频退火。掌握好退火温度与频率参数的关系,通过中频退火可使钨棒的加热温度内外均匀,上下一致。对经中频退火的钨棒进行检测,其横断面内外结晶均匀,质量稳定一致性好,极大地改善了钨丝的低温延性。同时与高频退火相比,中频退火可节电70%,效率提高一倍。

四、模具及石墨乳等影响因素

在旋锻和拉丝时所用的旋锻模和拉丝模,是使被加工的钨棒材和丝材产生塑性变形的直接工具。模具的材质、结构、形状及尺寸的正确选择与设计,模具制造加工的质量、使用与维护的合理性,均直接影响到钨棒、钨杆及最终钨丝的质量、成品率、生产效率和生产成本。

对旋锻模的质量而言,材质选择是基础,结构设计是关键。旋锻模的常用材料有高速工具钢、钢结硬质合金、硬质合金等。结构上,旋锻模由进出料喇叭口和定径区组成。定径区的形状近似椭圆柱形,其作用是准确控制被加工材料的形状和尺寸,保证材料的表面质量。定径区过短,锤痕明显,表面不光,尺寸难保证;定径区过长,使模壁和材料的接触面增大,散热快,降低变形温度,最终影响钨丝的低温延性。在实际生产中,控制定径区的长度为(0.5~2.5)d(d表示被加工材料的直径)。定径区的椭圆度用短轴与长轴之比表示,一般控制在0.8~0.9之间。椭圆度过大,钨材与锤模的接触面很小,易产生劈裂,且材料表面不光滑;椭圆度过小,钨料表面易出现“耳子”或“啃料”,模具也容易开裂。

拉丝模是钨丝生产中的重要工具,常用硬质合金、人造金刚石、金刚石等材料。拉丝模的孔形是否合理,不但影响模具的使用寿命和钨丝的生产成本,而且对丝材的质量也有着极大影响。如压缩锥角过大,钨丝在拉伸过程中容易产生内裂纹,从而降低其低温延性。多年的拉丝经验证明,在掺杂钨丝的拉制过程中,可根据丝材的断面压缩率,合理确定拉丝模的模角大小,其数值一般在10~15℃内变化。

石墨乳在加工过程中对钨丝起润滑和保护作用。据分析,正常拉丝情况下,约有70%的功用于克服模壁与丝材之间的摩擦阻力,若润滑性能不好,所需的拉伸力加大,并且摩擦热也相应增大,进出模温差减小,易造成缩丝。同时,在高温下,丝材表面若保护不好,容易产生氧化,这些都将引起钨丝低温延性的恶化。

综上所述,掺杂钨丝的低温延性与原材料、工艺过程控制等密切相关,并直接影响钨丝的绕制性能。除此之外还应看到,绕制中绕丝机的精度、丝盘和导嘴的粗糙程度等,也对钨丝的绕制性能产生一定影响,如压簧太硬或太紧,钨丝排线不良,反拉力过大,以及操作不当,都将不利于掺杂钨丝的绕制。

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