卷軋鉬帶的再結(jié)晶行為及力學(xué)性能研究

鐘 銘，闞金鋒，李 旺，吳朝圣，董建英

(安泰科技股份有限公司，北京 100081)

0 引 言

難熔金屬鉬具有高熔點(diǎn)、低熱膨脹系數(shù)、較高的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率、良好的耐腐蝕性能等特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)淖冃渭庸ず?，還能夠具備良好的高溫強(qiáng)度和相對(duì)較高的常溫延伸率，使其常溫或適當(dāng)加熱即可進(jìn)行折彎、沖壓、旋壓等鈑金加工，被廣泛用作半導(dǎo)體靶材、隔熱屏、旋壓坩堝、車燈燈碗、醫(yī)用射線光柵等[1～3]。生產(chǎn)鉬片的傳統(tǒng)工藝路線是粉末冶金，即粉末壓型、燒結(jié)、熱軋、溫軋、冷軋[4]。由于主要是人工作業(yè)，能夠操作的鉬板或鉬片的大小有限，所以軋制過(guò)程中需要不斷地切割成可以人工操作的大小。從而使軋制的效率偏低，性能偏差也會(huì)較大。

帶卷軋制是利用帶卷軋機(jī)往復(fù)軋制的方法。在軋制時(shí)，將鉬帶卷在兩側(cè)的卷筒上，卷筒通過(guò)可逆電機(jī)的帶動(dòng)，對(duì)鉬帶施加一定的張力，通過(guò)卷筒的收放卷動(dòng)作，使鉬帶在軋機(jī)上往復(fù)軋制。整個(gè)帶卷軋制過(guò)程中，鉬帶不需要離開(kāi)軋輥，不需要重新對(duì)正喂料。帶卷軋制示意圖見(jiàn)圖1。與傳統(tǒng)的單向軋制相比，帶卷軋制具有生產(chǎn)率高、成品率高、批次穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，目前在鋼材、銅材、鋁材、純鈦材、高溫合金等材料中的應(yīng)用比較廣泛[5～8]。純鉬的帶卷軋制只在國(guó)內(nèi)外少數(shù)幾個(gè)廠家得到應(yīng)用，帶卷軋制生產(chǎn)的鉬帶的力學(xué)性能則鮮有報(bào)道。

圖1 帶卷軋制示意圖

本文制備了卷軋鉬帶，測(cè)試了退火前和800 ℃、850 ℃、900 ℃、950 ℃、1000 ℃、1050 ℃退火后的拉伸性能，并對(duì)比分析了各退火溫度的金相照片。

1 材料和試驗(yàn)

1.1 原 料

純鉬粉，純度99.95%，粒度3.6 μm。

1.2 制備工藝

將鉬粉裝入膠套模具中，通過(guò)冷等靜壓壓制成型，將壓型后的板坯裝入中頻感應(yīng)燒結(jié)爐中2 000 ℃ 6 h燒結(jié)，得到燒結(jié)板坯。燒結(jié)氣氛為氫氣。熱軋過(guò)程將燒結(jié)坯加熱到1 300 ℃，每道次壓下25%，總壓下量75%時(shí)進(jìn)行1 000 ℃ 1 h中間退火，退火后進(jìn)行溫軋，溫軋溫度為800～1 000 ℃，道次變形量為15%～20%，得到1 mm的溫軋坯料。對(duì)溫軋坯料進(jìn)行850 ℃中間退火后，用帶卷軋機(jī)按照每道次10%～15%變形量冷軋，得到0.2 mm厚的鉬帶，在同一根鉬帶上取樣分別做800、850、900、950、1 000、1 050 ℃退火，保溫時(shí)間為60 min。

1.3 樣品檢測(cè)

(1)分別檢測(cè)未退火、800、850、900、950、1 000、1 050 ℃退火后樣品的拉伸性能，檢測(cè)設(shè)備為10 t萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)，拉伸速度為0.5 mm/min；

(2)分別觀察未退火、800、850、900、950、1 000、1 050 ℃退火后的金相組織，采用的檢測(cè)設(shè)備為金相反光顯微鏡，通過(guò)手工研磨拋光的方式制取金相樣，腐蝕劑為氫氧化鈉和鐵氰化鉀混合溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同退火溫度的拉伸性能分析

未退火、800、850、900、950、1 000、1 050 ℃退火后樣品的拉伸性能及樣品的力學(xué)性能數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2。

圖2 不同溫度退火鉬帶的拉伸性能

由圖2可見(jiàn)，與傳統(tǒng)人工軋制的純鉬相同的是，隨著退火溫度的升高，鉬帶的抗拉強(qiáng)度在逐漸降低，而延伸率在逐漸提升。未退火時(shí)，鉬帶的加工硬化作用較強(qiáng)，抗拉強(qiáng)度較高，能夠達(dá)到1 066 MPa，而延伸率為7.68%，隨著退火溫度的升高，到1 050 ℃ 60 min退火后，抗拉強(qiáng)度下降到未退火時(shí)的一半，為510 MPa，而延伸率則是退火前的3倍，為24%。說(shuō)明通過(guò)退火能夠消除軋制的加工硬化作用，從而調(diào)整并優(yōu)化鉬帶的抗拉強(qiáng)度和延伸率。退火后的良好延伸率也說(shuō)明帶卷軋制比較穩(wěn)定，并未對(duì)鉬帶內(nèi)部造成缺陷，否則延伸率無(wú)法通過(guò)退火獲得明顯的提升。

2.2 不同溫度退火的金相組織分析

不同溫度退火的金相組織見(jiàn)圖3。圖3(a)為未退火金相組織，由于軋制減薄的作用，鉬帶晶粒被軋制成纖維層狀組織。圖3(b)為800 ℃ 60 min退火金相組織。晶粒沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，仍為纖維層狀組織。而根據(jù)拉伸性能結(jié)果，經(jīng)過(guò)800 ℃退火后，抗拉強(qiáng)度已經(jīng)從1 066 MPa降低到902 MPa，延伸率從7.68%提升到12%，說(shuō)明800 ℃退火主要起到了去應(yīng)力的作用，通過(guò)去應(yīng)力退火，抗拉強(qiáng)度降低的同時(shí)，延伸率得到明顯提升。圖3(c)為850 ℃退火后的金相組織。晶粒大部分為纖維層狀組織，同時(shí)有少部分晶粒開(kāi)始出現(xiàn)輕微寬化和結(jié)晶現(xiàn)象，說(shuō)明鉬帶的初始再結(jié)晶溫度在850 ℃左右。由于初始再結(jié)晶的發(fā)生，部分纖維層狀晶粒發(fā)生了粗化，導(dǎo)致鉬帶的抗拉強(qiáng)度降低到837 MPa，而延伸率提高到16%。圖3(d)為900 ℃退火后的金相組織，顯示結(jié)晶晶粒進(jìn)一步增多，結(jié)晶晶粒的尺寸也明顯增大，對(duì)應(yīng)的抗拉強(qiáng)度降低到790 MPa，延伸率提高到18%。圖3(e)為950 ℃退火后的金相組織，結(jié)晶晶粒的尺寸進(jìn)一步增大，其面積也超過(guò)了視場(chǎng)面積的50%，同時(shí)也還剩余一部分纖維層狀組織。圖3(f)為1 000 ℃退火后的金相組織，視場(chǎng)內(nèi)僅有極少的纖維狀晶粒未發(fā)生結(jié)晶，其余絕大部分已經(jīng)結(jié)晶。圖3(g)為1 050 ℃退火后的金相組織，鉬帶已經(jīng)完全再結(jié)晶，不存在纖維層狀晶粒。此時(shí)，鉬帶的抗拉強(qiáng)度為510 MPa，延伸率為24%。

圖3 不同退火條件下鉬帶軋制方向金相組織

結(jié)合金相組織和抗拉強(qiáng)度分析，在未退火時(shí)鉬帶的晶粒呈纖維層狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)抗拉強(qiáng)度最高，而延伸率最低。隨著退火溫度的升高，結(jié)晶晶粒的占比增多，由于再結(jié)晶回復(fù)的作用，抗拉強(qiáng)度下降，延伸率提高。所以帶卷軋制的鉬帶可以在軋制后，選擇合理的退火溫度和時(shí)間，來(lái)達(dá)到抗拉強(qiáng)度和延伸率的最佳結(jié)合點(diǎn)。

總體而言，帶卷軋制鉬帶的退火前組織為纖維層狀結(jié)構(gòu)，800 ℃～850 ℃為去應(yīng)力退火溫度，初始再結(jié)晶溫度為850 ℃，完成再結(jié)晶溫度為1 050 ℃。結(jié)晶后，晶粒尺寸增大，呈長(zhǎng)條狀多邊形。通過(guò)退火，能使抗拉強(qiáng)度降低，延伸率升高。根據(jù)拉伸性能結(jié)果和金相組織可以判斷，用帶卷軋制工藝加工的鉬帶具有良好的拉伸性能和金相組織。

3 結(jié) 論

(1)卷軋鉬帶的軋制態(tài)金相組織為纖維層狀組織。其初始再結(jié)晶溫度為850 ℃，完成再結(jié)晶溫度為1 050 ℃。再結(jié)晶晶粒為具有一定長(zhǎng)徑比的多邊形晶粒。

(2)通過(guò)退火的去應(yīng)力作用和再結(jié)晶回復(fù)作用，退火溫度越高，抗拉強(qiáng)度越低，而延伸率越高。軋制態(tài)的抗拉強(qiáng)度能夠達(dá)到1 066 MPa，延伸率7.68%。1 050 ℃ 60 min退火后抗拉強(qiáng)度降低到510 MPa，延伸率24%。

(3)通過(guò)金相組織和拉伸性能判斷，帶卷軋制工藝可以使鉬帶獲得良好的拉伸性能。