钨材的深度加工.ppt

钨 材 的 深 度 加 工,殷为宏 刘建章 主讲人：殷为宏 西北有色金属研究院 2005.11 江西 赣州,江西有色产业技术创新院士行学术报告,钨材的深度加工,内容 前言 钨材加工流程及深度加工内容 钨材深度加工主要技术及其分析 钨制品的广泛应用 结语,前言,钨的宝贵性能：极高熔点（3410），低蒸汽压、高 温下低膨胀性和尺寸稳定性，优异的 高温力学性能和特殊的电性。 钨的这些宝贵性能使钨成为当今高技术中的基础材料，国防建设中不可缺少材料和与人民生活质量息息相关的材料，因此，钨在国民经济中有着重要的地位和作用。,我国是世界钨资源大国，也是当今钨制品生产大国。2003年，钨制品实际产量达2570t左右，占我国钨消耗量1516%。这表明，我国钨的加工制品有了长足发展。 我国钨的深度加工仍需加速发展，目前钨制品所占比例偏小，只占全国钨消耗量1516%，占钨总出口量的13.9%（包括硬质合金），高技术、高附加值产品及钨的应用产品比重就更小了。这说明我国钨的深度加工环节还薄弱，还有很大发展余地。 因此，发展钨制品，特别是钨材的深加工制品及其技术对于促进我国钨业发展具有特殊意义。,1.钨材加工流程及深加内容,纯钨加工流程,钨重合金烧结制品,金属钨二大制品: 烧结制品， 加工材制品,钨加工材制品,本报告重点: 钨材深加工技术,即把变形加工所得的加工材(板、带、箔、棒、丝、管等）转变成零件或部件的技术。,钨材的深加工技术主要内容,钨板材发热体（铆接法）,钨-钨铆接,电火花切割,钨板成形,钨丝网发热体（熔焊法）,电火花切割,熔 焊,片材成形,编 网,2. 钨材深加工主要技术及其分析 2.1 成形加工技术,钨制品需解决二大性能问题： 材料的使用性能，如应力断裂、蠕变、疲劳 材料的加工与成形性能,2.1.1 钨材成形加工曲线,延-脆转变温度，再结晶温度，推荐的冲、弯变形温度范围与板材厚度关系。,板材厚度,mm,延-脆转变温度, 延性-脆性转变温度（dbtt）,dbtt对钨材成形加工具有特殊意义： 低于dbtt时，钨呈脆性，对其不能进行成形加工 只有高于dbtt时，才能进行成形加工 dbtt随着变形量增加而下降 通常，钨的dbtt：150450, 钨的再结晶温度（tr）,钨材成形加工另一个重要因素就是tr: 温度超过tr时，钨发生晶粒长大，强度、硬度下降，脆性产生，不宜成形。tr是成形加工的上限温度 纯钨再结晶温度范围：11501400, 成形加工温度范围,下限温度dbtt 上限温度tr 成形加工所采用的弯曲、冲、锻打均需在dbtt-tr范围内进行, 钨热旋压,2.1.2 影响dbtt的主要因素, 杂质元素氧、碳含量对dbtt影响,图4 氧和碳对单晶和多晶钨的dbtt的影响,延性-脆性转变 ，温度 k,dbtt均随氧、碳含量增加而升高； 在相同原子浓度时，氧对dbtt似乎更有害的影响。氧含量高时，易引起钨的脆化，主要是由于氧在晶界上的偏析，这种偏析降低了表面能，从而促使晶间破裂。 碳的脆化作用是由于位错与碳化物颗粒间的相互作用，导致为消除位错应力和屈服应力提高,plansee公司纯钨烧结坯的 主要非金属杂质含量（g/g),w纯度 最小99.95% 平均99.98%, 制备工艺和退火温度对dbtt影响,图 钨板的dbtt与制备工艺和退火温度的关系,各种工艺制备的材料的dbtt均随退火温度升高而升高。 粉末冶金和电弧熔铸材料的dbtt比其它工艺材料的dbtt低。 就再结晶状态而言，在各类材料中粉末冶金的dbtt最高。 成形加工一般都在tr进行，因而粉冶法材料的dbtt更有利于成形加工。,图 轧制钨板典型的加工显微组织 (a)2.54mm厚，纵剖面，250 （b)1mm厚，纵剖面，250 =89%，280 =95%，240,a,b, 变形量对dbtt影响,变形量增加，dbtt下降,图 w-2tho2的强度和断裂伸长率以及dbtt与烧结坯塑性变形程度的关系,图 w-2tho2丝的典型加工变形显微组织 2.4mm，纵截面，250 ，=95%, 晶粒度的影响,图 晶粒度对钨的dbtt的影响,dbtt k,dbtt随着晶粒尺寸的增大先升高而后下降； 中等晶粒度时（0.1mm），dbtt达最高值； 实验所得数据分散性较大，这是由于研究所用的各批材料 的杂质量含量和分布不同所致； 细晶粒钨材的dbtt较低，有利于成形加工； 可通过细化晶粒的各种途径（如掺杂、添加稀土等），把 材料的晶粒度调整到合适范围。, 表面状态对dbtt的影响 常用的表面处理法： 电解抛光去除加工中产生表面刮痕和裂纹 氧化法钨品在空气中氧化，去除含碳层或消除表面划痕 喷射法 处理工艺造成划痕或裂纹 研磨法 钨材表面状态与处理方法关系密切，不同处理方法材料表面粗糙度不 一样，导致对dbtt不同影响。 由下面曲线可以看出： 氧化法、电抛光法使材料的延性得到改善，机械法不利于延性改 善，带缺口的延性最差。,变形加工时的变形量（%）,图 钨的表面状况对其延性-脆性转变温度的影响,2.2 接合技术,2.2.1 熔焊,钨材接合方法有机械接合、熔焊、钎焊、电阻焊、扩散焊、 气相沉积等。,最常用的熔焊方法：钨弧焊（tig）和电子束焊（eb）；二者相比，电子束焊可得到更大的深度与宽度比值，更狭窄的热影响区。焊前先把待焊零件予热到700800，以防焊接过程中的热冲击引起断裂。,熔焊一般在材料的低应力区进行，焊接区设计和选择十分重要，见下图，可进行w-w、w-wre、w-more焊接。,2.2.2 钎焊,采用金属或合金作充填材料，采用tig或eb提供所需热源，选用保护气氛或真空进行钎焊。高温应用场合，可用mo、re、w等合金作为充填材料。 plansee公司所用的钨的或钨-石墨的钎焊充填材料如下：,2.3 铆接,钨的构件可以用钨铆钉或钼铆钉进行连接。 plansee公司所用的钨园头铆钉和埋头尺寸标准如下表：,钨园头铆钉尺寸标准（与din660相似）,钨埋头铆钉尺寸标准（与din661相似）,2.3 机械加工,车削：进刀量必须大，最好予先把工件加热到200 磨削：砂轮磨、切 电火花加工切割,2.4 表面处理技术,必须通过脱脂和酸洗来除去工件表面的油、氧化物及沾污物。 脱脂：常用三氯乙烯、全氯乙烯等溶剂 碱洗：9397%naoh+73%kno3, 400500,310分钟 wo3+2naoh na2wo4+h2o 酸洗：碱后的酸洗，去除表面上碱洗后残留污点 30%hno3+70%h2o， 5060，1520分钟,熔融,3. 钨材深加工产品广泛应用 钨制品的品种繁多,应用十分广泛，覆盖许多工业部门。,航 空,航 天,舰 艇 核潜艇,兵 器,军用电子,国防军工,能 源,机 械,冶 金,民用电子,电光 源,微电子,化 工,医 疗,玻 璃,汽 车,w,手 表,家电用品,体育器材,办公用品,民用工业,生 活 日用品,钨制品的广泛应用, 电光源,钨-钍阴极,钨-钍（或纯钨）阳极,宽银幕电影用的特殊光源（高压直流氙弧灯电极）,掺杂钨灯丝、w5re特灯丝、钨钍氙弧灯电极.。, 电子工业,重要的电子管材料,高功率微波管用的大表面积钨阴极, 电力工业,wcu高压触头,wcu触头, 汽车工业,车辆马达点火器用的钨触点, 高温炉构件,高温炉发热体、隔热屏、支架, 玻璃、陶瓷工业,高温流口,w/ir流口, 核工业,废核燃料再生处理用的钨坩埚, 医疗器件,ct机上准直仪钨片,蒸镀用钨舟,钨弧焊接电极,4. 结语,钨材深度加工具有以下特点：技术含量高、产品附加值高，然而往往是多品种少批量。这个特点一方面引人注意，另