侯海濤

（廈門虹鷺鎢鉬工業(yè)有限公司，福建 廈門 361021）

0 引 言

金屬鎢具有熔點高、高溫性能好、蒸氣壓低、硬度高、導電導熱率高、耐腐蝕性好、熱膨脹系數(shù)低等特點，廣泛應用于電光源、電子設(shè)備、真空鍍膜、稀土、石英玻璃、航空航天、核工業(yè)及兵器等領(lǐng)域[1-3]。中國鎢儲量世界第一，也是鎢產(chǎn)品出口大國，但鎢的加工制成品仍以初級產(chǎn)品出口為主，出口附加值較低，鎢的高技術(shù)、高附加值應用產(chǎn)品所占比重很小，這說明中國鎢的深度加工環(huán)節(jié)還有很大發(fā)展空間[4-6]。

鎢的加工制成品主要是指具體一定復雜形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量的RTU（Ready To Use）零部件，比較典型的有螺紋類、薄壁類、盲孔類、臺階類以及其他異型類產(chǎn)品。這些零部件，不僅具有復雜的形狀和嚴苛的尺寸精度，對于表面質(zhì)量的要求也很高，要求表面光滑平整，不得有掉渣、崩口等缺陷。這些技術(shù)要求，對于鎢桿的機加性能提出了更高的要求。為了解決鎢桿機加性能差的難題，科研人員深入而系統(tǒng)地研究了影響機加性能的各種因素，包括材質(zhì)（化學成分）、密度、硬度、顯微組織、刀具（材質(zhì)、刀型）、加工工藝等等，最終研發(fā)出了優(yōu)秀高溫性能和優(yōu)秀機加性能兼?zhèn)涞膿解涙u桿。該研究系統(tǒng)介紹了顯微組織對摻鉀鎢桿機加性能的影響，為各類異型鎢制品開發(fā)過程中的桿料選擇提供參考意見。

1 試 驗

1.1 原料

采用廈門虹鷺鎢鉬工業(yè)有限公司自主開發(fā)的摻鉀鎢粉，化學成分如表1。

表1 摻鉀鎢粉的化學成分 w/%Tab.1 Chemical composition of K-doped tungsten powder

1.2 樣品制備

采用冷等靜壓機將粉末壓制為生坯，最高壓力為200～220 MPa，保壓時間30～50 s；采用中頻燒結(jié)爐將生坯燒結(jié)為燒結(jié)坯，最高燒結(jié)溫度為2 000～2 100℃，保溫時間3～5 h，得到直徑為60±2 mm的坯條。然后采用不同的鍛造工藝將坯條鍛造為直徑30±1 mm的鎢桿，分別制備出兩種不同顯微組織的鎢桿，如圖1所示。其中圖1（a）顯微組織整體為細晶組織，但局部有粗晶存在，為普通型鎢桿；圖1（b）顯微組織由一系列長條形晶粒呈燕尾狀搭接而成，為改進型鎢桿。

圖1 摻鉀鎢桿的顯微組織Fig.1 Microstructures of K-doped tungsten rods

1.3 分析方法

樣品制備完成后，研究從金相、硬度、機加性能、表面粗糙度等方面進行分析。

（1）金相：采用徠卡DMILM金相顯微鏡進行金相分析。

（2）硬度：采用威爾遜VICKERS硬度計進行硬度檢測，取點位置如圖2所示，其中位置1位于鎢桿正中心，其余各位置點位于同一直線上，每兩點之間間隔3.5 mm。

（3）機加性能：制備的鍛造鎢桿先通過無心磨以保證圓度，然后采用YG8硬質(zhì)合金刀片進行車削測試，最后對車削后的鎢桿表面質(zhì)量以及刀片磨損進行評價。

圖2 硬度測試位置Fig.2 Positions of hardness test

（4）表面粗糙度：采用Mitutoyo粗糙度儀測量車削后鎢桿表面的粗糙度。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同顯微組織鎢桿的硬度表征

鎢桿的顯微組織會直接影響鎢桿的硬度，而鎢桿硬度又會進一步影響其機加性能[7-8]。因此，首先需要對不同顯微組織鎢桿的硬度進行表征。

圖3為不同顯微組織鎢桿的硬度分布情況。由圖可知，不同顯微組織的鎢桿其硬度差別較大。

（1）改進型鎢桿的整體硬度要低于普通型鎢桿。雖然兩者總變形量相同，但改進型鎢桿在鍛造過程中有發(fā)生晶粒長大，使得鍛造過程中積聚在鎢桿內(nèi)部的形變硬化得以釋放[6]，所以硬度要明顯低于普通鎢桿。

（2）改進型鎢桿的硬度分布相對比較穩(wěn)定，而普通型鎢桿的硬度波動較大。這主要是由于普通型鎢桿顯微組織均勻性較差，局部有粗晶存在，當硬度點剛好打在粗晶位置時，硬度值就會明顯降低，如普通型鎢桿的位置點4。

2.2 顯微組織對機加后鎢桿表面質(zhì)量的影響

鎢制品一般對于表面質(zhì)量有一定的要求，如要求表面光潔，無掉粒、掉渣等缺陷。鎢桿車削后的表面質(zhì)量與其顯微組織有直接關(guān)系[9]。

車削測試后鎢桿的表面質(zhì)量和表面粗糙度如圖4和圖5所示。由測試結(jié)果可知，改進型鎢桿車削后表面平整光潔，無掉粒掉渣缺陷，表面粗糙度均值為Ra 0.430 μm；而普通型鎢桿車削后表面存在掉粒和掉渣缺陷，車痕也相對明顯，表面粗糙度均值為Ra 0.903 μm。這主要是由于普通型鎢桿的顯微組織整體為細晶組織，晶粒細小，晶粒與晶粒之間的晶界強度較低，所以在車削過程中很容易出現(xiàn)晶粒剝落現(xiàn)象；如果刀片車到局部粗晶的晶粒，則會形成較明顯的掉渣缺陷。改進型鎢桿的晶粒為長條形，晶粒尺寸基本相當且晶粒與晶粒之間呈燕尾狀搭接，其晶界強度較高，在車削過程中不容出現(xiàn)晶粒剝落，所以其表面質(zhì)量要明顯優(yōu)于普通型鎢桿。t

圖6 車削測試后刀片磨損情況Fig.6 Wear condition of blades after turning test

圖5 車削測試后鎢桿的表面粗糙度Fig.5 SurfaceroughnessofK-dopedtungstenrodsafterturningtest

2.3 顯微組織對機加后刀片磨損的影響

機加過程中刀片的磨損也是鎢桿機加性能的一個關(guān)鍵指標，這直接關(guān)系到刀片的使用壽命。

車削測試后對刀片的磨損情況如圖6所示。由圖6可知：采用同樣的車削測試，改進型鎢桿對于刀片的磨損明顯要小。經(jīng)測量，普通型鎢桿的刀損為0.024 mm，而改進型鎢桿的刀損為0.011 mm，為前者的46%。這主要是由于改進型鎢桿具備硬度低和顯微組織均勻等特性。在車削過程中，鎢桿的硬度越低則所需的切削力越小，對于刀片的磨損也越?。绘u桿的顯微組織均勻，則所需的切削力比較穩(wěn)定，不會對刀片形成忽大忽小的沖擊[10-12]。因此具備低硬度和均勻顯微組織特性的改進型鎢桿相較普通型鎢桿的刀損要小很多。

2.4 鎢桿機加工實例

為了對鎢桿的機加性能進行實際評價，研究設(shè)計了一個典型的機加工零部件，具備外螺牙、內(nèi)螺牙、外臺階、內(nèi)臺階、盲孔等典型特征。圖7為采用改進型鎢桿制備上述零部件的實物照片。由圖7可知，整體外觀光潔平整、無崩牙、無掉渣、無崩口等缺陷。

其中，柱面精磨部分在無心磨床上磨削加工，表面粗糙度為0.198 μm；柱面精車部分在數(shù)控車床上車削加工，表面粗糙度為0.406 μm；盲孔在數(shù)控車床上車削加工，內(nèi)壁表面粗糙度為0.429 μm，可以實現(xiàn)加工后無須再處理，即可滿足絕大部分鎢制品的外觀要求。

圖7 采用改進型鎢桿制備的零部件Fig.7 A component made with improved tungsten rod

3 結(jié) 論

（1）改進型顯微組織鎢桿的整體硬度較低，且其硬度的穩(wěn)定性優(yōu)于普通型顯微組織鎢桿。

（2）改進型顯微組織鎢桿車削后的表面平整光潔，表面粗糙度Ra 0.430 μm，優(yōu)于普通型顯微組織鎢桿。

（3）改進型顯微組織鎢桿車削后刀損值為0.011 mm，是普通顯微組織鎢桿刀損值的46%。

（4）改進型顯微組織鎢桿具備硬度低和顯微組織均勻等特性，機加性能優(yōu)異。

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