鎢的冶金及其加工技術！

       鎢是一種金屬元素，化學符號W，原子序數74，熔點3410℃，沸點5927℃，密度19.35g/cm3，屬于元素周期表中第六周期（第二長周期）的VIB族。經過冶煉后的鎢具有銀白色光澤，其特點是高溫強度好，彈性模量高，膨脹系數小，蒸汽壓低，導電性能優良，熔點極高，硬度大，化學性質也比較穩定，常溫下不受空氣侵蝕，主要用途為制造燈絲和高速切削合金鋼、超硬模具，也用于光學儀器、化學儀器。

鎢礦石

       中國是世界上大的鎢儲藏國，改革開放以來，我國在鎢的開發利用上有了高速的發展，取得了巨大的進步，但是和發達國家相比，我國在鎢的加工水平、生產設備上還存在相當大的差距。

       目前，鎢在以下4個方面的應用取得了長足的進步。首先，鎢在高速鋼、熱作鋼、冷作鋼和抗沖擊鋼中是一種重要的合金元素，在耐熱鋼（超級合金）和具有良好表面耐磨的斯特萊特（Stellites）中，鎢起著主要的作用；其次，以鎢為基體的合金中，鎢在電子工業（如發射體、觸頭、某些加熱元件）、鎢基高密度合金在配重和抗輻射方面都有不可替代的作用；再次，在硬質合金中使用的碳化鎢，已經在各種刀具和模具中表現出非常優異的耐磨、耐熱性能；最后，在化工行業中，鎢的某些化合物可以用做催化劑、潤滑劑和添加到涂料中。

1、鎢的冶金

       致密鎢的制備方法主要有粉末冶金方法和熔煉法。因為鎢的熔點很高，早期制備鎢的方法主要局限于粉末冶金方法。1909年Coolidge為鎢的近代粉末冶金奠定了基礎，其方法是在800-900℃用氫氣還原鎢酸，然后對鎢粉末進行壓制、1000℃預燒結和垂熔。盡管人們一個世紀對粉末冶金方法進行了各種各樣的改進，但這種方法迄今為止仍然是制備致密鎢金屬的主要方法。隨著熔煉技術的發展，采用電子束熔煉技術可以制備純度比較高的優質鎢坯料，特別是電子束局域熔煉技術為制備鎢的單晶開辟了一個新的天地。但是，熔煉法制備鎢有其一些自身無法克服的缺點（如晶粒比較大），給鎢的進一步的塑性加工帶來很大的困難。

1.1粉末冶金

       粉末冶金方法的優點表現為：坯料組織均勻，晶粒細小，利于進一步加工；金屬損耗小，成品率較高；投資小，見效快，生產具有很大的靈活性，可直接生產出成品和符合一定尺寸要求的坯料。

1.2熔煉法

       隨著電子束熔煉技術和區域提純技術的發展，原來只能依靠粉末冶金方法生產的鎢，現在使用熔煉技術變為可能。但是由于熔煉合金的成材率比較低，坯料晶粒粗大，使得進一步的加工更加困難，所以粉末冶金方法仍然是生產鎢及其合金的最為主要的方法。

       另一方面，電子束區域熔煉可以提純鎢金屬，使其雜質含量大大降低，同時也為單晶的制備提供了可能性。早在1970年，通過設備的改進，已經能夠生產Φ10mm×100mm的鎢單品，滿足了航天工業發展的需求。

2、鎢的加工

       粉末冶金的鎢通常具有細的晶粒，其開坯一般選用高溫鍛造和軋制的方法，溫度一般控制在1500~1600℃之間。經過開坯后的鎢材可進一步的軋制、鍛造或者旋鍛。通常在再結晶溫度以下進行壓力加工，這是因為再結晶后的鎢材其晶界表現為脆性，限制了加工性能，所以，隨著鎢的總加工量的增加，其變形溫度也相應的降低。

2.1鎢棒、絲

       經過開坯的鎢棒依據其變形量的大小，進一步鍛造的溫度一般選擇在1100~1400℃范圍。鍛錘一般選用空氣錘、旋鍛機或者相應的其他形式的鍛造方式，直徑3~60mm的鎢棒材都可以通過鍛造的方式獲得。鍛造中一般不允許有再結晶的現象，成品的棒材80%以上需要經過鍛造加工，以確保棒材變形的均勻性，在1150℃進行消應力處理。

       直徑小于3mm的鎢絲需要在拉制模具上進行單道次或者多道次的拉伸變形，一般選用通過式的加熱和消應力方式，石墨乳為潤滑劑。

2.2鎢板、帶

       除了鎢絲以外，鎢板、帶是最為常用的鎢材。由于鎢的變形抗力很大，變形溫度一般在1000~1400℃，所以軋機一般要求有足夠大的軋制力，軋輥不但要求耐高溫，而且必須滿足一定的高溫強度。因此，軋制比較寬的鎢板難度很大。

       經過開坯的鎢板再次加工時，隨著加工量的增加，需要不斷降低加工溫度，當加工總量大于90%以后，可以選用200~600℃進行加工，加工的道次變形量10%左右。總的變形量在80%左右需要進行消應力退火處理。

       鎢帶有兩種生產方法：當鎢帶的寬度較寬時，通常選用軋制箔材然后分裁的方法生產；當鎢帶寬度較小時，分裁就變得很困難。由鎢絲直接軋制帶材變為一種可行的方法。盡管鎢絲在軋制前經過了很大的變形，但其仍然是脆性材料，常溫下不可能進行軋制，所以由絲材軋制帶材依舊選用加熱的方法，加熱一般有直接的通電加熱和間接的電阻爐或者煤氣加熱。到達一定變形量后鎢帶材需要合適的消應力和電解拋光。

2.3鎢的裁剪、沖壓、焊接、機械加工

       經過壓力加工后的棒材、絲材、帶材和板材，需要進一步加工才能成為合格的零部件以供使用。這些進一步的加工處理方法包括：裁剪、沖壓、彎曲、焊接、拋光和一定的機械加工。考慮到鎢材料的塑脆轉變溫度比較高及硬度很高等特點，鎢材的裁剪、彎曲和沖壓都需要加熱進行，隨著鎢板厚度的減低，其相應的加工溫度可以降低。

       鎢材常用鉚接、螺栓聯結和焊接的聯結方式，焊接一般在真空或者保護氣氛的箱體中焊接，通常焊接的部分具有粗大的晶粒，因此比基體金屬更脆。鉚接和螺栓聯結通常適用于不同金屬之間的聯結，但是一旦在高溫中使用，鎢材就表現為再結晶的脆性。另外，鎢材也適用于一定的釬焊方式。

       鎢材的機械加工通常包括車、銑、磨和鉆等。因為鎢在常溫的脆性以及很高的硬度，所以一般選用硬質合金刀具，在有冷卻液的情況下進行機械加工，值得一提的是高密度鎢合金和經過摻雜稀土的鎢合金其加工性能有很大的改善。