钨铼合金和钨铼热电偶
钨铼合金和钨铼热电偶
1.概述
1.1 钨和铼及其合金的发展
原苏联从本世纪50年代开始研究钨铼合金的物理化学和机械性能、各种类型钨铼热电偶的热电特性和稳定性。经过几年的实验和研究,于1968年制定了W-5Re/W-20Re和W-10Re/W-20Re两种热电偶分度表。
中国从1958年开始研究钨铼合金和钨铼热电偶,现已制定了钨铼热电偶的国家标准。钨铼热电偶不仅在真空、还原和惰性气愤中广泛使用,而且再氧化气氛中可以代替铂铑热电偶测温。特别是钨铼热电偶测钢液温度技术已研究成功,在经济上取得了明显的效益
中国的钨矿和钼矿资源丰富。铼主要从辉钼矿的焙烧烟尘中和炼铜烟尘中提取,因而铼资源也很丰富。到目前为止,中国已经形成钨和钨铼合金完整的工业体系,其产品已广泛应用于各工业部门
1.2 钨铼合金和“铼效应”
实际生产中,钨铼合金的铼含量一般不超过26%(质量百分数),当铼含量超过26%时,钨铼合金将析出第二相(即α相),它是一种高强度和高硬度的组织结构,它给钨铼合金的压力加工和机械加工以及热处理带来困难,同时它对钨铼合金材料的性能有显著的不良影响,特别是对材料的均匀性有明显的影响。
W-28Re合金按常规工艺进行生产,采用不同的退火制度处理,析出的第二相是不同的。退火后随炉冷却的W-28Re合金样品,析出的第二相数量最多,该种材料的拉伸强度和延伸率降低,丝材严重发脆。当退火温度超过1550℃时,第二相析出数量增加,从而材料的脆性更增加。因此在生产实践中,1450-1500℃退火后进行快冷,丝材塑性最好,超过1500℃退火,丝材变脆。材料性能的改变与第二相析出数量有关。
钨铼合金与纯钨比较,不仅强度高,而且延性好,这就是铼效应作用的结果,解释如下:
1:铼添加到钨(或钼)中,生成具有大的表面张力的络合氧化物。这种氧化物不湿润晶界,而是聚集成圆球状。她提高了钨铼合金(或钼铼合金)的晶界强度,同时也提高了延性
2:钨(或钼)中添加铼,主要降低氧在合金晶界的溶解度,这是由于价电子从铼转移到钨(或钼)中的晶格上。
3:钨(或钼)中添加铼。在变形过程中有利于孪晶形成,减少了堆垛层位错能量。
Simpson认为:对钨(或钼)而言,常常在晶界面的纯净区域中孕育出裂纹,这些裂纹是由于晶间解理而扩散形成的。因此他认为:用上述第一条理论来解释“铼效应”是不重要的;用第二条理论解释“铼效应”常常与实际情况相反。用第三条理论,形成孪晶的说法被多数人所承认。铼降低位错移动的晶界阻抗,从而导致位错迁移率增加,促使钨(或钼)固溶软化。
在钨铼合金系列中,铼浓度低时,合金软化现象明显。铼浓度高时,软化现象消失。这可能是由于溶质原子产生的内应力的增量超过热应力的减量。
铼添加到钨中制取的钨铼合金,由于“铼效应”的作用,钨铼合金具有一系列的优良性能,如高熔点,高硬度、高强度、高塑性、高电阻率、高热电势值、高再结晶温度、低蒸汽压、低的电子逸出功和低的塑-脆性转变温度等。它是宇航技术的高温结构材料、测量高温的热电偶材料、可靠性高、寿命长的电子材料、耐磨抗蚀的电接点材料等。
钨铼合金
2.钨铼合金
2.1钨铼合金的生产
钨铼合金的主要特性是高熔点、高强度、高硬度和高纯度(99.95%以上),一般的冶金方法是生产不了的,要应用特殊的冶金方法,且工艺冗长。钨铼合金生产工艺大致包括四大部分:
1:钨化合物和钨粉生产
2:铼化合物和铼粉生产
3:钨铼合金粉和坯件生产
4:钨铼合金的压力加工等
从工艺流程图看出:粉末冶金法占据主导地位,而熔炼法占次要地位。两种方法生产的钨铼合金,其主要性能相似,但粉末冶金法成品率高而成本低,所以大多数采用粉末冶金方法生产钨铼合金。钨化合物和铼化合物生产以离子交换法和萃取法占主导地位,它所生产的化合物纯度高,同时收得率高,成本低,是当前普遍采用的生产工艺。
钨铼合金的压力加工:
钨铼合金进行压力加工有两个目的:一是把原来块状金属变成所需要的形状;二是改善产品的某些性能,如增加密度,提高强度,改善塑性等。加工过程一般分为初次变形(即开坯)和第二次加工。加压和锻造属于初次变形过程,轧制和拉拔属于第二次加工。
粉末冶金方法生产的钨铼合金坯件,由于它是细的结晶组织,一般不需要挤压开坯,可直接进行轧制,获得带材和板材;也可直接旋锻,然后拉丝,获得各种规格的棒材和丝材。而电弧熔炼和电子束熔炼的铸锭,它为柱状结晶组织,必须先进行挤压开坯,使柱状结晶破碎为细晶,脆性成分被分解,生产裂纹的可能性减少,则变成具有足够进一步压力加工的可能性。
钨铼合金在压力加工过程中,初次变形时,它的脆性很显著,特别是含铼量低的钨铼合金。随着变形量增加,它的强度不断增加,塑性也不断增加,它的加工性能逐步得到改善。
钨铼合金压力加工与纯钨压力加工相比,其工艺特点和要求是:
(1) 加工温度提高50-100°
(2) 道次压下量降低10-20%
(3) 消除应力退火次数大大增加,铼含量高的钨铼合金更是如此,这是由于铼的强化效应和加工硬化程度来得快所致。在拉丝过程中,含铼量高的钨铼合金丝拉拔3~4道次需进行一次消除应力退火,而含铼量低的钨铼合金丝拉拔6~8道次需进行一次消除应力退火,才能使拉丝过程顺利进行。消除应力退火次数还与加工温度有关,它随加工温度降低而增加退火次数。
(4) 钨铼合金的强度和硬度高,在加工过程中必须使用热等静压制法制造的硬质合金模。在链式拉丝机拉丝时,普通粉末冶金法制造的硬质合金模,拉过一道次,丝径变粗,而热等静压制法制造的硬质合金模,拉过7~8模次,丝径还无变化。
(5) 温加工时,铼氧化生成的七氧化二铼渗透到晶界处,使合金产生裂纹,产生大量废品。
(6) 压力加工钨铼合金常用方法有:挤压、轧制、旋锻、拉拔等。