鉬金屬拉深開裂原因初探及解決措施

■ 王鳳蘭

由于鉬金屬本身許多優點：如熔點高、導電性能好等，使其在電真空等行業中應用廣泛，且成為不可被替代的材料之一。但鉬金屬本身塑性和伸長率都較低，其變形能力差，不適于拉深變形，在深拉深零件中成品率極低，我廠只達到10%左右。為解決鉬件深拉深出現的縱向開裂、橫向開裂等問題，許多專業人員已經做了努力，并取得了一定成效。如采用交叉輾壓鉬片、含鈦鉬片等，其成品率高于普通鉬片，但這樣會大幅提高制件成本。因此，研究普通鉬片深拉深工藝以提高制件產品的成品率是十分重要的。

圖1 拉深時毛坯的變形特點

圖2 切向壓應力的產生

1. 鉬拉深縱向開裂受力分析及解決措施

（1）受力分析 鉬在深拉深過程中，由于在制件端口處有應力集中，即端口部呈鋸齒形，當殘余應力積累到一定程度，超過材料本身的強度極限，就會在其最薄弱處產生開裂，在拉深過程中受到拉應力是產生縱向開裂的直接原因。

如圖1所示，在落料拉深過程中，在拉深變形區向沖模中心移動時，其圓周方向上尺寸也隨著減小，這時其受到相鄰部分金屬作用，其作用與兩個斜面受拉力作用而變形的金屬相似，因而在圓周方向上產生切向壓應力σ切，如圖2所示。因此，當σ切過大時，就會在料厚方向上產生一個向外的分力，此力為拉應力，這個拉應力積累到一定程度，超過鉬片的強度極限時，就會產生開裂。

（2）解決措施 為進一步了解縱向開裂原因，我們做了如下試驗。將鉬片進行首次拉深后，將端口處車去1mm（口端見平），進行第二次拉深，只有1%零件出現縱向開裂；然后將這些零件分成兩部分，一部分不做車削處理，另一部分再次將端口處車去1mm，之后進行第三次拉深，結果發現不經車削處理零件，有40%出現縱向開裂，經過車削處理的零件出現裂紋的只有5%。

由上述試驗，我們做如下分析：

鉬在首次拉深后，零件端口處存在應力集中點，在制件上表現為口端形成小的鋸齒形，如圖3所示。由于首次拉深應力集中不嚴重，沒有超過材料強度極限，因此，在首次拉深不會出現縱向開裂。如果端口部分不經過車削處理，直接進行二次拉深，端口處殘余應力隨之加大，應力更加集中，鋸齒狀加大，如圖4所示，就會出現縱向開裂，再進行三次拉深，殘余應力經過積累，應力會更加集中，裂紋會向零件底部延伸，如圖5所示，同時又有新的裂紋產生。

首次拉深后，將端口部鋸齒形車去，除去端口部殘余應力，削弱了端口部位的應力集中，經過二次拉深后，所產生應力集中不會超過材料本身的強度極限，所以不易產生裂紋。但是經過二次拉深，同樣會產生應力集中，如果不進行車削處理，直接進行三次拉深，殘余應力積累端口部，同樣會產生縱向開裂。所以二次拉深之后，制件端口同樣要車去1mm，不但應力減小，且鋸齒狀應力集中點也可消除，為再次拉深和成形打下良好的基礎。

2. 鉬拉深橫向開裂受力分析及解決措施

（1）受力分析 將拉深件剖開，測量各部分厚度變化，發現零件筒壁上部變厚，越靠筒口越厚，最厚處增加達25%（1.25δ）。筒底稍許變薄，最薄處約為料厚87%，如圖6所示。這是由于拉深過程中，材料在壓應力作用下厚度有所變化，拉深時材料在模具里有變薄過程，材料通過凸凹模間隙時所受拉力最大。因此，鉬件產生橫向開裂主要原因是拉深過程中口端材料變厚，使拉深過程中拉力增大。再加上鉬本身塑性差，零件就很容易拉斷。

（2）解決措施 減小拉力。可以采用潤滑劑等方法，雖然開裂現象有所降低，但成品率提高不明顯；根據拉深過程中材料變厚的原理，我們采用增大凸凹模間隙的方法，經試驗證明當凸凹模間隙加大10%～15%時，鉬件橫向開裂基本解決。

增加材料塑性。減少零件橫向開裂的另一種方法，是提高零件筒壁承載能力，而承載能力取決于材料本身塑性。塑性越大，拉深時拉力越小，提高鉬塑性主要辦法是采用退火工藝。采用高溫退火：將制件加熱875～900℃，保溫30min，隨爐冷卻40min后取出。通過高溫退火能起到消除上道工序應力和軟化材料作用。采用低溫退火：將經過高溫退火的鉬件放在馬弗爐中加熱至570℃左右，保溫2min，熱沖。通過低溫退火起到軟化作用，即減小了拉應力也提高了鉬件的塑性，進而減小零件橫向開裂。

圖3 首次拉深制件（未經車削處理）

圖4 二次拉深制件（未經車削處理）

圖5 三次拉深制件（未經車削處理）

圖6 拉深件各處厚度變化情況

3. 結語

（1）對于鉬在深拉深過程中產生的縱向開裂，采取車削處理方法，在制件端口處車去1mm左右，去掉端口鋸齒形，消除端口部位應力集中點，然后再進行下道工序拉深。

（2）對于鉬件在深拉深過程中產生的橫向開裂，主要采取增大凸凹模間隙（增大10%～15%）；采用高溫退火后低溫退火進行熱沖的方法，提高材料塑性，減少零件橫向開裂。采用上面幾種新工藝，使我單位深拉深鉬件成品率由原來10%左右提高到85%以上。