李 紅

（金鉬股份金屬分公司，陜西 西安 710077）

眾所周知，鉬是十分重要的戰(zhàn)略性稀有金屬物質(zhì)。鉬及其合金制品其自身具備熔點(diǎn)較高、抗溫強(qiáng)度大、蠕變速度慢、膨脹級(jí)別小、導(dǎo)熱導(dǎo)電以及抗蝕性較強(qiáng)等特點(diǎn)，其被作為高性能材料被廣泛使用。但是因?yàn)殂f低也具有溫脆性大的缺陷影，所以怎樣提高鉬的高溫性能而且進(jìn)一步提高其綜合性能是開(kāi)拓其使用領(lǐng)域的重點(diǎn)[1，2]。

1 鉬及鉬合金冶煉技術(shù)研究的基本狀況

近幾年具相關(guān)研究表明，以氫氟酸代替鈦元素作為鉬合金的填充元素，制成的鉬-氫氟酸-碳系以及鉬-氫氟酸-鋯-碳合金系列，所得的反應(yīng)物HfC要比TiC更容易達(dá)到強(qiáng)化的效果，使得鉬合金的性能得到改善與提高。此外，能使基體固溶體的大量合金化產(chǎn)生的強(qiáng)化效果和少量元素碳化物的彌散強(qiáng)化作用較好融合，有關(guān)科研人員研制出一種具備較好綜合性能的鉬-鎢-氫氟酸-碳系列以及鉬-鎢-氫氟酸-鈦-碳系列合金，它們自身的強(qiáng)度以及硬度更優(yōu)秀，耐高溫性能良好，而且可以抵抗高溫使用只用產(chǎn)生的室溫脆性問(wèn)題，但是此類新型的鉬合金制品依然不夠不夠成熟。有大量研究結(jié)果證實(shí)，依據(jù)鉀泡原理制成的摻和硅元素、鋁元素、鉀元素或是鉀硅高溫鉬合金，它們的再結(jié)晶溫度相比純鉬而言，能夠提升到673.15開(kāi)氏度，而且再結(jié)晶之后形成的是大晶粒組織，并不是之前的等軸組織，與此同時(shí)它的高溫抗拉強(qiáng)度以及高溫蠕變性能等方面改善較為明顯，也是當(dāng)下高溫性能最優(yōu)秀的鉬合金。

2 TZM合金頂頭的試驗(yàn)案例分析

2.1 TZM合金頂頭的試驗(yàn)情況

（1）摻雜量 ：Ti：151g/30kg ；Zr：35g/30kg； C ：6g/30kg

（2）V型混料機(jī)：抽真空混料8小時(shí)。

（3）混料結(jié)束后，篩分325目。

（4）采樣編號(hào)：TZM150V1114

（5）用￠90鉬棒的膠套經(jīng)壓制燒結(jié)后，經(jīng)鍛造機(jī)加工為￠54*145mm的鉬頂頭，主要添加元素見(jiàn)下表。

TZM合金粉及燒結(jié)鉬棒化驗(yàn)結(jié)果

由化驗(yàn)結(jié)果可以看出，C作為添加元素在燒結(jié)過(guò)程中流失嚴(yán)重，這也導(dǎo)致了在鉬頂頭在穿管過(guò)程中，磨損嚴(yán)重壽命較短；雖然該TZM鉬頂頭是經(jīng)過(guò)鍛造的，其密度已達(dá)到10.1g/cm3，但是耐磨度低，在使用過(guò)程中與鋼管的磨損大，導(dǎo)致鋼管內(nèi)壁光潔度不高。使用壽命也大大降低，只有正常鉬頂頭使用壽命的1/5。

2.2 TZC合金頂頭試驗(yàn)過(guò)程

（1） 摻 雜 量 ：Ti：367.5g/30kg； Zr：91.8g/30kg； C：153g/30kg

（2）V型混料機(jī)：抽真空混料8小時(shí)。

（3）采樣編號(hào)：TZC1-1204.

（4）化驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表。

（5）壓制燒結(jié)后直接進(jìn)行機(jī)加工，未經(jīng)鍛造。

TZC合金粉及燒結(jié)鉬棒化驗(yàn)結(jié)果

此次燒結(jié)TZC合金時(shí)，除碳元素少量損耗外，其他添加元素在燒結(jié)過(guò)程中未出現(xiàn)流失，此次試驗(yàn)的鉬頂頭的穿管壽命為標(biāo)準(zhǔn)要求的70%左右，最終應(yīng)因疲勞斷裂失效。

2.3 稀土強(qiáng)化TZC合金頂頭試驗(yàn)過(guò)程

（1） 摻 雜 量 ：Ti：450g/30kg； Zr：100g/30kg； C ：200g/30kg CeO2：500g/30kg

（2）V型混料機(jī)：抽真空混料8小時(shí)。

（3）采樣編號(hào)：TZC-0204.

（4）化驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表。

（5）壓制燒結(jié)后直接進(jìn)行機(jī)加工，未經(jīng)鍛造。

稀土強(qiáng)化TZC合金粉及燒結(jié)鉬棒化驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)客戶使用此次燒結(jié)的稀土強(qiáng)化TZC合金鉬頂頭，其穿管壽命為標(biāo)準(zhǔn)要求的120%左右，最終失效形式為磨損失效，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)于市場(chǎng)平均水平。

2.4 試驗(yàn)小結(jié)

由試驗(yàn)結(jié)果可看出，隨著碳元素的增加，鉬頂頭壽命是隨之增長(zhǎng)的；此外由于稀土元素CeO2的加入，產(chǎn)品壽命是得到明顯提高，其主要原因如下：

（1）CeO2主要以纖維狀存在與鉬合金中，其塑性變形均勻，減輕了位錯(cuò)塞積，從而延緩裂紋形核過(guò)程因而塑性高

（2）CeO2細(xì)化晶粒的能力較其他稀土元素強(qiáng)（Y203、La2O3）強(qiáng)，相同雜質(zhì)濃度下，單位晶界面上雜質(zhì)含量少，彌散強(qiáng)化程度高,對(duì)合金的硬度提高較大。

（3）根據(jù)曾建輝研究結(jié)果表明：稀土元素的添加總量在1.5%左右時(shí)，對(duì)合金的復(fù)合強(qiáng)化效果達(dá)到最佳,可減少了裂紋和墩粗等早期破壞現(xiàn)象。

3 鉬及鉬合金冶煉技術(shù)的發(fā)展趨向

3.1 鉬金屬粉末的冶金技術(shù)發(fā)展

第一，超精細(xì)鉬粉的冶金技術(shù)。對(duì)其技術(shù)的研究，可以制成鉬粉的手段主要有以下幾種：①蒸發(fā)狀態(tài)MoO3的還原法，這種方法主要是把三氧化鉬的粉末承裝在鉬舟之上，使其存在溫度達(dá)到1573.15開(kāi)氏度至1773.15開(kāi)氏度的預(yù)熱爐中，讓它蒸發(fā)直至氣態(tài)，在H2N2氣體與氫氣的混合氣流的夾雜下，三氧化鉬蒸氣進(jìn)入其反應(yīng)區(qū)，發(fā)生還原反應(yīng)使其成為超細(xì)鉬粉。此種方法能夠獲取粒徑為4.0×10-5毫米至7.0×10-5毫米的均勻球狀顆粒鉬粉末，可是其工藝參數(shù)的控制比相對(duì)困難，因?yàn)槠渲腥趸f-氮?dú)夂蜌錃?氮?dú)鈿饬鞯幕旌蠝囟群推渲械娜趸f成分，它們對(duì)于粉末粒度的影響都很大。②鉬粉活化還原的方法。此法使用七鉬酸銨作為原料，在氯化銨的催化作用下，在還原過(guò)程中形成超細(xì)鉬粉，在還原過(guò)程中使得氯化銨被充分揮發(fā)。使用此種方法相比傳統(tǒng)方法而言，其還原所需溫度可以降低約573.15開(kāi)氏度至673.15開(kāi)氏度，并且僅僅只使用一次還原工藝。該法制成的鉬粉末平均粒度為0.1微米，其具有較好的燒結(jié)性能。③等離子氫的還原方法。使用混合等離子反應(yīng)設(shè)備把高壓的直流電弧噴射于高頻等離子的氣流之上，進(jìn)而產(chǎn)生一種混合等離子氣流，借助等離子蒸氣使其還原，能夠得到初始階段的超細(xì)鉬粉。還能由機(jī)械合金化法、冷氣流粉碎法，超高強(qiáng)度超聲波法、封閉循環(huán)式氫還原法等方法僅僅只是具有一定的實(shí)驗(yàn)研究?jī)r(jià)值。

第二，新型鉬的成型技術(shù)發(fā)展。①動(dòng)磁壓制技術(shù)。對(duì)于動(dòng)磁壓制來(lái)講其工作原理的是，把鉬粉末放在一個(gè)具有導(dǎo)電性的護(hù)套里，再將其放置在高強(qiáng)磁場(chǎng)線圈的中心部分。其電容器所產(chǎn)出的電可以在數(shù)微秒內(nèi)對(duì)線圈釋放高脈沖的電流，可以讓線圈內(nèi)形成一定的磁場(chǎng)，接下來(lái)就能使感應(yīng)電流在套內(nèi)產(chǎn)生，而感應(yīng)電流以及施加磁場(chǎng)之間會(huì)產(chǎn)生相互作用，能夠產(chǎn)生自外向到壓縮護(hù)套的磁力，可以讓鉬粉末可以得到二維壓制。而且整個(gè)過(guò)程不到1微秒。對(duì)于傳統(tǒng)的模壓技術(shù)而言，動(dòng)磁壓制技術(shù)在工件壓制密度方面效果更好，并且其工作條件更具有靈活性，可以不再使用潤(rùn)滑劑以及粘結(jié)劑，只一點(diǎn)十分有利于環(huán)?！，F(xiàn)階段動(dòng)磁壓制的應(yīng)用逐步走向工業(yè)化階段，而且動(dòng)磁壓制系統(tǒng)已經(jīng)處在試運(yùn)行階段。②WFC技術(shù)。WFC技術(shù)也就是流動(dòng)溫壓技術(shù)，這種技術(shù)基本的操作原理是：把常規(guī)粒度的粉末中添入一定含量的微細(xì)粉末以及所需的潤(rùn)滑劑，從而能夠在很大程度上大提高混合粉末的流動(dòng)程度、填充性能，在溫度處于353.15開(kāi)氏度至403.15開(kāi)氏度的情況下，可以在傳統(tǒng)的壓機(jī)上較為精密的成形具備繁瑣幾何外形的零件。③溫壓技術(shù)其工藝過(guò)程是在溫度達(dá)到413.15開(kāi)氏度左右，把原料粉末以及高溫聚合物潤(rùn)滑劑組合形成的粉末放進(jìn)模具型腔內(nèi)，進(jìn)而進(jìn)行壓制可以得到高致密度的壓坯。

4 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)講，鉬金屬及其合金制品的使用途徑十分廣泛、發(fā)展?jié)摿薮?。在未?lái)的應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)不斷的擴(kuò)充，鉬及鉬粉的冶金技術(shù)也會(huì)得到進(jìn)一步的提升。鉬是一種不可再生資源，所以更要珍惜而且要綜合高效的利用，使其在社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮更大的作用。