钨的冶金及其加工技术！

发布时间：2023-05-19 17:51:16 丨 浏览次数：218

       钨是一种金属元素，化学符号W，原子序数74，熔点3410℃，沸点5927℃，密度19.35g/cm³，属于元素周期表中第六周期（第二长周期）的VIB族。经过冶炼后的钨具有银白色光泽，其特点是高温强度好，弹性模量高，膨胀系数小，蒸汽压低，导电性能优良，熔点极高，硬度大，化学性质也比较稳定，常温下不受空气侵蚀，主要用途为制造灯丝和高速切削合金钢、超硬模具，也用于光学仪器、化学仪器。

钨矿石

       中国是世界上大的钨储藏国，改革开放以来，我国在钨的开发利用上有了高速的发展，取得了巨大的进步，但是和发达国家相比，我国在钨的加工水平、生产设备上还存在相当大的差距。

       目前，钨在以下4个方面的应用取得了长足的进步。首先，钨在高速钢、热作钢、冷作钢和抗冲击钢中是一种重要的合金元素，在耐热钢（超级合金）和具有良好表面耐磨的斯特莱特（Stellites）中，钨起着主要的作用；其次，以钨为基体的合金中，钨在电子工业（如发射体、触头、某些加热元件）、钨基高密度合金在配重和抗辐射方面都有不可替代的作用；再次，在硬质合金中使用的碳化钨，已经在各种刀具和模具中表现出非常优异的耐磨、耐热性能；最后，在化工行业中，钨的某些化合物可以用做催化剂、润滑剂和添加到涂料中。

1、钨的冶金

       致密钨的制备方法主要有粉末冶金方法和熔炼法。因为钨的熔点很高，早期制备钨的方法主要局限于粉末冶金方法。1909年Coolidge为钨的近代粉末冶金奠定了基础，其方法是在800-900℃用氢气还原钨酸，然后对钨粉末进行压制、1000℃预烧结和垂熔。尽管人们一个世纪对粉末冶金方法进行了各种各样的改进，但这种方法迄今为止仍然是制备致密钨金属的主要方法。随着熔炼技术的发展，采用电子束熔炼技术可以制备纯度比较高的优质钨坯料，特别是电子束局域熔炼技术为制备钨的单晶开辟了一个新的天地。但是，熔炼法制备钨有其一些自身无法克服的缺点（如晶粒比较大），给钨的进一步的塑性加工带来很大的困难。

1.1粉末冶金

       粉末冶金方法的优点表现为：坯料组织均匀，晶粒细小，利于进一步加工；金属损耗小，成品率较高；投资小，见效快，生产具有很大的灵活性，可直接生产出成品和符合一定尺寸要求的坯料。

1.2熔炼法

       随着电子束熔炼技术和区域提纯技术的发展，原来只能依靠粉末冶金方法生产的钨，现在使用熔炼技术变为可能。但是由于熔炼合金的成材率比较低，坯料晶粒粗大，使得进一步的加工更加困难，所以粉末冶金方法仍然是生产钨及其合金的最为主要的方法。

       另一方面，电子束区域熔炼可以提纯钨金属，使其杂质含量大大降低，同时也为单晶的制备提供了可能性。早在1970年，通过设备的改进，已经能够生产Φ10mm×100mm的钨单品，满足了航天工业发展的需求。

2、钨的加工

       粉末冶金的钨通常具有细的晶粒，其开坯一般选用高温锻造和轧制的方法，温度一般控制在1500~1600℃之间。经过开坯后的钨材可进一步的轧制、锻造或者旋锻。通常在再结晶温度以下进行压力加工，这是因为再结晶后的钨材其晶界表现为脆性，限制了加工性能，所以，随着钨的总加工量的增加，其变形温度也相应的降低。

2.1钨棒、丝

       经过开坯的钨棒依据其变形量的大小，进一步锻造的温度一般选择在1100~1400℃范围。锻锤一般选用空气锤、旋锻机或者相应的其他形式的锻造方式，直径3~60mm的钨棒材都可以通过锻造的方式获得。锻造中一般不允许有再结晶的现象，成品的棒材80%以上需要经过锻造加工，以确保棒材变形的均匀性，在1150℃进行消应力处理。

       直径小于3mm的钨丝需要在拉制模具上进行单道次或者多道次的拉伸变形，一般选用通过式的加热和消应力方式，石墨乳为润滑剂。

2.2钨板、带

       除了钨丝以外，钨板、带是最为常用的钨材。由于钨的变形抗力很大，变形温度一般在1000~1400℃，所以轧机一般要求有足够大的轧制力，轧辊不但要求耐高温，而且必须满足一定的高温强度。因此，轧制比较宽的钨板难度很大。

       经过开坯的钨板再次加工时，随着加工量的增加，需要不断降低加工温度，当加工总量大于90%以后，可以选用200~600℃进行加工，加工的道次变形量10%左右。总的变形量在80%左右需要进行消应力退火处理。

       钨带有两种生产方法：当钨带的宽度较宽时，通常选用轧制箔材然后分裁的方法生产；当钨带宽度较小时，分裁就变得很困难。由钨丝直接轧制带材变为一种可行的方法。尽管钨丝在轧制前经过了很大的变形，但其仍然是脆性材料，常温下不可能进行轧制，所以由丝材轧制带材依旧选用加热的方法，加热一般有直接的通电加热和间接的电阻炉或者煤气加热。到达一定变形量后钨带材需要合适的消应力和电解抛光。

2.3钨的裁剪、冲压、焊接、机械加工

       经过压力加工后的棒材、丝材、带材和板材，需要进一步加工才能成为合格的零部件以供使用。这些进一步的加工处理方法包括：裁剪、冲压、弯曲、焊接、抛光和一定的机械加工。考虑到钨材料的塑脆转变温度比较高及硬度很高等特点，钨材的裁剪、弯曲和冲压都需要加热进行，随着钨板厚度的减低，其相应的加工温度可以降低。

       钨材常用铆接、螺栓联结和焊接的联结方式，焊接一般在真空或者保护气氛的箱体中焊接，通常焊接的部分具有粗大的晶粒，因此比基体金属更脆。铆接和螺栓联结通常适用于不同金属之间的联结，但是一旦在高温中使用，钨材就表现为再结晶的脆性。另外，钨材也适用于一定的钎焊方式。

       钨材的机械加工通常包括车、铣、磨和钻等。因为钨在常温的脆性以及很高的硬度，所以一般选用硬质合金刀具，在有冷却液的情况下进行机械加工，值得一提的是高密度钨合金和经过掺杂稀土的钨合金其加工性能有很大的改善。

铬粒

铌棒

钼管