惠保衛(wèi)，高永軍

(1.西安建筑科技大學(xué)，陜西 西安 710055)(2.金堆城鉬業(yè)股份有限公司金屬分公司，陜西 西安 710077)

大單重鉬棒坯精鍛-連軋生產(chǎn)工藝研究

惠保衛(wèi)1，2，高永軍2

(1.西安建筑科技大學(xué)，陜西 西安 710055)(2.金堆城鉬業(yè)股份有限公司金屬分公司，陜西 西安 710077)

以φ90 mm純鉬棒坯為原料，鉬棒坯經(jīng)過精鍛-連軋后得到橫截面積為正六邊形的φ7.4 mm軋制鉬桿。通過改進(jìn)精鍛機(jī)設(shè)備和精鍛-連軋生產(chǎn)工藝，解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)的軋制鉬桿存在的單重小、生產(chǎn)效率低等問題，生產(chǎn)出的軋制鉬桿表面無劃痕、起皮和凹坑等明顯缺陷，縱向金相組織為纖維狀形態(tài)組織結(jié)構(gòu)。

鉬棒坯；軋制鉬桿；精鍛-連軋；表面

0 引 言

金屬鉬具有高熔點(diǎn)、較高的硬度和低溫脆性。純金屬鉬具有一系列優(yōu)異性能，其具有熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、強(qiáng)度高、耐高溫、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)良的物理化學(xué)性能，在電光源、電子、高溫結(jié)構(gòu)件等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]。鉬絲作為一種重要的金屬材料，已被廣泛應(yīng)用于航空航天、冶金化工、機(jī)械電子和汽車制造等領(lǐng)域，按其具體用途可分為噴涂鉬絲、加熱爐鉬絲、電光源鉬絲、電子器件鉬絲和線切割鉬絲等。

經(jīng)過燒結(jié)后鉬棒坯，通過精鍛連軋生產(chǎn)的具有大單重的鉬桿作為原料進(jìn)行拉絲擁有傳統(tǒng)拉絲難以比擬的生產(chǎn)效率，其人工成本低，自動化程度高。與國外同類產(chǎn)品比，中國產(chǎn)鉬絲主要存在坯條單根重量較輕，鉬絲長度較短，生產(chǎn)大單重的鉬絲坯料要進(jìn)行多次對焊，易造成鉬絲的質(zhì)量問題。要使我國的鉬絲工業(yè)迅速提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量可以采用先進(jìn)的精鍛-連軋開坯代替現(xiàn)有的旋錘開坯，其優(yōu)點(diǎn)是：(1)生產(chǎn)效率高，環(huán)境污染?。?2)內(nèi)部缺陷少，表面光滑均勻；(3)軋制開坯變形均勻，可使鉬桿得到均勻的變形纖維組織。因此，要對精鍛連軋生產(chǎn)軋制鉬桿的工藝進(jìn)行深入探討和研究，為鉬桿的深加工產(chǎn)品提供合格的原料。這種大單重鉬桿的生產(chǎn)采用精鍛連軋生產(chǎn)工藝流程，目前為國內(nèi)第一條全自動生產(chǎn)線，這種生產(chǎn)工藝具有較高的知識創(chuàng)新和實(shí)用價值。本文的目的是，經(jīng)過燒結(jié)合格的φ85～90 mm基于精緞連軋生產(chǎn)流程，對其進(jìn)行深加工，采用合適的精鍛、熱處理、軋制工藝，制備出單重為45～50 kg用于后續(xù)拉絲的軋制鉬桿，提高生產(chǎn)效率，節(jié)能降本。

1 實(shí)驗方法

采用由氫氣保護(hù)中頻爐燒結(jié)的φ90 mm鉬棒坯為原料，鉬棒坯經(jīng)過精鍛-連軋后得到橫截面積為正六邊形的φ7.4 mm軋制鉬桿，其表面應(yīng)無劃痕、起皮和凹坑等明顯缺陷，縱向金相組織為纖維狀形態(tài)組織結(jié)構(gòu)，其成分見表1。

表1 鉬棒坯的化學(xué)成分 %(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

采用Skk-19型精鍛機(jī)對鉬棒坯進(jìn)行鍛造，精鍛機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表2，并且對精鍛機(jī)的上下料機(jī)構(gòu)液壓管道連接方式(見圖1)和循環(huán)冷卻水進(jìn)水管道(見圖2)進(jìn)行了改進(jìn)，隨后用HV-50分別測定不同工藝的鉬桿試樣的硬度，并制成金相試樣，樣品經(jīng)砂紙研磨、拋光和腐蝕后,在金相顯微鏡上進(jìn)行觀察，隨后通過拉伸試驗機(jī)對不同軋制工藝生產(chǎn)的φ7.4 mm規(guī)格的噴涂鉬桿進(jìn)行拉伸性能測試。

表2 精鍛機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

軋制鉬桿的精鍛工藝采用2種工藝路線，A：鍛造工藝溫度：1 450 ℃，加熱30 min，保溫20 min，鍛造工藝：φ90-φ73-φ57-φ48.5(四道次)；B：φ90×850 mm鉬棒鍛到φ48.5 mm，工藝溫度：1 250 ℃，加熱30 min，保溫,10 min，鍛造工藝：φ90-φ75-φ63-φ54-φ50。軋制鉬桿的連軋工藝見表3和表4。

表3 Y370軋機(jī)11機(jī)架φ48～φ13.2 mm平三角孔型

表4 Y250軋機(jī)8機(jī)架φ14.5～φ5.6 mm平三角孔型

2 結(jié)果與討論

2.1 精鍛機(jī)設(shè)備改進(jìn)

2.1.1 改進(jìn)精鍛機(jī)上下料機(jī)構(gòu)液壓管道連接方式，解決滲漏油問題

精鍛機(jī)上下料機(jī)構(gòu)機(jī)械手Q1和Q2為國產(chǎn)配套(圖1)，液壓油管為精制無縫鋼管，接頭為卡套式連接，液壓油系統(tǒng)壓力達(dá)120 bar。液壓油路由于采用鋼管硬性連接，管路曲率半徑小，管子及接頭存在剩余應(yīng)力。在鍛機(jī)工作過程中的巨大震動沖擊和高溫環(huán)境下，管路連接卡套接頭密封失效，大量液壓油泄露，致使生產(chǎn)中斷。2次噴油泄露，補(bǔ)充液壓油近30桶，造成較大經(jīng)濟(jì)損失。

圖1 Q1、Q2上下料機(jī)構(gòu)機(jī)械手液壓管路示意圖

對Q1和Q2液壓系統(tǒng)管道連接方式進(jìn)行改進(jìn)，采用將鋼管和接頭焊接的方式，消除了管路噴油、漏油的現(xiàn)象。液壓管路改進(jìn)完成后局部照片見圖2。

圖2 Q1、Q2上下料機(jī)構(gòu)機(jī)械手液壓管路改進(jìn)后局部實(shí)物圖

2.1.2 精鍛機(jī)循環(huán)冷卻水進(jìn)水管道增加管道泵，消除開機(jī)報警故障

精鍛機(jī)循環(huán)冷卻水壓力要求3～6 bar，水泵站提供的壓力只有2.2～2.7 bar。精鍛機(jī)每次開機(jī)啟動時，循環(huán)水壓橙色報警，無法消除，精鍛機(jī)就不能啟動。為了提高管道壓力，操作工就必須將循環(huán)水回水閥門臨時關(guān)閉3～5 min，將進(jìn)水壓力憋到3 bar以上，才可正常開機(jī)。精鍛機(jī)空載開啟后，再將閥門打開。

為保證精鍛機(jī)正常開機(jī)啟動，經(jīng)研究論證，在循環(huán)冷卻水進(jìn)水管道閥門處，增加一臺管道泵(圖3)，管道泵自動增加循環(huán)水壓力，保證正常開機(jī)。管道泵技術(shù)參數(shù),規(guī)格型號：KGR80-200A，揚(yáng)程：40 m，流量：17 m3/h，吸程：3 m，配機(jī)功率：11 kW。

圖3 管道泵安裝部位實(shí)物圖

2.2 不同精鍛工藝條件軋制鉬桿的金相組織和缺陷特性

圖4為A精鍛工藝條件下軋制鉬桿的縱向金相組織，圖5為B精鍛工藝條件下軋制鉬桿的縱向金相組織。對比不同拉伸工藝條件下的縱向金相組織可知，在A工藝條件下進(jìn)行軋制，該工藝條件下軋制鉬桿的顯微組織上始發(fā)生了新晶粒的生核，呈典型的再結(jié)晶初始階段特征[2]，在B工藝條件下進(jìn)行拉絲，該工藝條件下軋制鉬桿纖維狀組織內(nèi)部，終保持為纖維組織，并且隨著軋制道次的增加，纖維狀組織逐漸致密，分析可知， A軋制工藝條件下的加熱溫度接近鉬絲的動態(tài)再結(jié)晶溫度，其縱向金相組織發(fā)生了變化，可使變形與回復(fù)、再結(jié)晶達(dá)到動態(tài)平衡，獲得高溫回復(fù)狀態(tài)的亞晶組織，變形過程中的強(qiáng)化與軟化達(dá)到平衡，B軋制工藝條件下的加熱溫度低于鉬絲的動態(tài)再結(jié)晶溫度，其縱向組織始終保持為纖維狀組織。

圖4 A精鍛工藝條件下鉬桿的縱向金相組織

圖5 B精鍛工藝條件下鉬桿的縱向金相組織

B工藝與A工藝相比，鍛造時壓縮比偏小，鉬棒表層由于鍛造組織致密化，而心部由于變形量過小組織變化不明顯，這樣就會在后續(xù)加工中出現(xiàn)斷裂(見圖6)，而且斷裂處心部和邊部組織不一致，邊部已經(jīng)形成加工組織，而心部仍是疏松組織。鍛造壓縮比偏大，增大鍛造時的道次壓縮比可以使變形到達(dá)鉬棒心部，但壓縮比過大會造成鍛造時開裂，同時表層和心部變形不一致仍然存在，易于形成環(huán)狀分布的應(yīng)力集中帶，造成后續(xù)生產(chǎn)中斷裂等缺陷。

圖6 B工藝條件下鍛造過程中料坯出現(xiàn)的裂紋、分層缺陷

2.3 不同工藝條件下鉬桿的硬度特性

表5為A精鍛工藝條件下軋制的硬度測試結(jié)果，表6為B工藝條件下軋制鉬桿的硬度測試結(jié)果。從表5可以看出，隨著軋制道次的增加，鉬絲的硬度值隨著拉伸道次的增加而增加，這是由于B軋制工藝條件下的鉬絲的加工溫度低于再結(jié)晶溫度，隨著變形程度的增加，位錯密度增加，位錯以位錯林雜亂分布，或形成位錯纏結(jié)的形變包，加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致硬度增加[3]；從表6可以看出，隨著軋制道次的增加，鉬桿的硬度大小值隨著軋制道次的增加有所降低，由于A軋制工藝條件下的加工溫度較高，在加工過程中變形過程中達(dá)到強(qiáng)化與軟化平衡，變形金屬內(nèi)晶粒缺陷得到一定消除，晶粒畸變程度減輕，加工硬化現(xiàn)象得到消除，而表現(xiàn)出內(nèi)應(yīng)力降低，硬度隨著拉伸道次的增加有所降低[4]。

表5 A精鍛工藝條件下軋制鉬桿硬度

表6 B工藝條件下軋制鉬桿硬度

2.4 不同軋制工藝條件下φ7.4 mm規(guī)格鉬桿的性能對比

表7為不同拉絲工藝條件下鉬絲抗拉強(qiáng)度和延伸率，可以看出，B精鍛工藝條件下最終成品噴涂鉬絲的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)大于A拉伸工藝條件下的抗拉強(qiáng)度，B精鍛工藝條件下的鉬絲延伸率遠(yuǎn)小于A精鍛工藝條件下的延伸率。這是因為，在使用相同原料的條件下，B精鍛工藝溫度遠(yuǎn)低于A拉伸工藝溫度，在B精鍛工藝條件下，鉬桿的加工硬化現(xiàn)象隨著道次的增加逐漸嚴(yán)重，而A拉伸工藝條件下鉬絲加工硬化與軟化現(xiàn)象同時并存，達(dá)到了動態(tài)平衡[5]。同時，對A精鍛工藝和B精鍛工藝條件下生產(chǎn)的鉬桿進(jìn)行拉絲做劈裂和毛刺檢驗，發(fā)現(xiàn)B精鍛工藝?yán)旃に嚄l件下的鉬絲毛刺大，存在劈裂現(xiàn)象，而A精鍛工藝條件下的鉬絲毛刺很少，劈裂現(xiàn)象基本消除。

3 結(jié) 論

本文通過研究不同的工藝條件對鉬桿組織和性能的影響，采用金相顯微組織、硬度和拉伸性能分析，研究了精鍛工藝對鉬絲組織和性能的影響，試驗結(jié)果及分析總結(jié)如下：

(1)改進(jìn)精鍛機(jī)上下料機(jī)構(gòu)液壓管道連接方式，解決滲漏油問題；精鍛機(jī)循環(huán)冷卻水進(jìn)水管道增加管道泵，消除開機(jī)報警故障。

(2)A精鍛工藝條件下縱向金相組織發(fā)生了變化，獲得高溫回復(fù)狀態(tài)的亞晶組織。B精鍛工藝條件下各規(guī)格鉬絲始終保持縱向纖維組織，隨著軋制道次的增加，縱向金相纖維組織逐漸致密。

(3)A精鍛工藝條件軋制鉬桿的硬度值隨著軋制道次的增加有所減小，加工硬化現(xiàn)象得到一定消除；B精鍛工藝條件下鉬桿的硬度值隨著軋制道次的增加而增加，加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，并且在精鍛過程中出現(xiàn)了裂紋。

(4)A精鍛工藝條件下的鉬桿抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于B拉伸工藝條件下的鉬絲抗拉強(qiáng)度，延伸率遠(yuǎn)大于B拉伸工藝條件下的鉬絲延伸率；B精鍛工藝條件下生產(chǎn)的鉬桿及隨后生產(chǎn)的噴涂鉬絲存在劈裂和毛刺大現(xiàn)象，而A精鍛工藝條件下生產(chǎn)的鉬桿及隨后生產(chǎn)的噴涂鉬絲劈裂和毛刺現(xiàn)象基本消除。

(5)采用φ90 mm鉬棒坯作為拉絲原料進(jìn)行噴涂鉬絲生產(chǎn)，A精鍛-連軋工藝條件下生產(chǎn)的軋制鉬桿質(zhì)量要優(yōu)于B精鍛-連軋鉬桿工藝條件下的軋制鉬桿。

[1] Editorial.Int J Refract Met Hard Mater[J].2002,20(1):25.

[2] 向鐵根.鉬冶金[M].長沙:中南大學(xué)出版社,2002.

[3] 張啟修,趙秦生.鎢鉬冶金[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2005.

[4] 宋維錫.金屬學(xué)[M ].北京:冶金工業(yè)出版社,1989.

[5] 潘金生,仝健民,田民波.材料科學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1998.

AN INVESTIGATION ON THE FORGING AND ROLLING PRODUCTION PROCESS OF LARGE MOLYBDENUM ROD

HUI Bao-wei1,2,GAO Yong-jun2
(1.Xi′an University of Architecture and Technology, Xi′an 710055, Shaanxi, China)(2.Metal Branch, Jinduicheng Molybdenum Co.,Ltd., Xi′an 710077,Shaanxi,China)

By takingφ90mm pure molybdenum rods as raw material, molybdenum rods were forged and rolled toφ7.4 mm hexagon rolling molybdenum rods. The problems such as small piece weight and low production efficiency were solved through the optimization of precision forging-tandem rolling production process. The surface of the rolling molybdenum rod has no scratches, pits and other obvious defects in the skin and its longitudinal microstructure is fibrous structure.

Mo rod; rolling molybdenum rod；precision forging-tandem rolling; surface

2017-03-05；

2017-04-21

惠保衛(wèi)(1974—)，男，高級工程師.E-mail: hbw20030603@sohu.com

10.13384/j.cnki.cmi.1006-2602.2017.03.011

TG356.3+3

A

1006-2602(2017)03-0047-05