钽合金零件冷摆碾成形组织与性能.pdf

5 2 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年5 期 D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s m l 0 0 7 - - 7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．0 5 ．0 1 3 钽合金零件冷摆碾成形组织与性能 李祥，李彦利，闫晓东，彭海健，李德富 北京有色金属研究总院有色金属加工工程研究中心，北京1 0 0 0 8 8 摘要通过合理控制冷摆碾成形工艺参数，成功制备出形状尺寸满足要求、表面质量良好的钽合金薄壁 回转体零件，研究了冷变形后钽合金的再结晶退火工艺，检测了退火后钽合金零件的力学性能和硬度分 布，观察了径向不同位置的显微组织。结果表明，经过13 5 0 ℃6 0r a i n 真空退火，钽合金发生了完全 再结晶，平均晶粒尺寸5 0l u m 左右，零件不同位置的组织均匀性较好，抗拉强度达到3 6 0M P a ，延伸率 4 5 ．5 ％。 关键词钽合金；摆碾成形；硬度；显微组织 中图分类号T G l 4 6 ．4 1 6文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 1 1 0 5 一0 0 5 Z 0 3 M i c r o s t r u c t u r ea n dM e c h a n i c a lP r o p e r t i e so fT a - W A l l o y P a r tF o r m e db yC o l dR o t a r yF o r g i n g L IX i a n g ，L IY a n l i ，Y A NX i a o d o n g ，P E N GH a i ji a n ，L ID e - f u E n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e rf o rN o n - f e r r o u sM e t a l sF o r m i n g ，G e n e r a lR e ．a r c hI n s t i t u t ef o r N o n f e r r o u sM e t a l s 。B e i j i n g1 0 0 0 8 8 。C h i n a A b s t r a c t T a n t a l u ma l l o yt h i n - w a l l e dr o t a t i n gp a r tw i t hq u a l i f i e ds i z ea n dg o o ds u r f a c eq u a l i t yc o u l db eo b t a i n e dt h r o u g ht h er e a s o n a b l ec o n t r o lo fr o t a r yf o r g i n gp r o c e s s i n gp a r a m e t e r s ．T h er e c r y s t a l l i z a t i o na n n e a l i n gp r o c e s so fc o l d f o r m i n gt a n t a l u ma l l o yw a ss t u d i e d ，t h em e c h a n i c a lp r o p e r t ya n dh a r d n e s sd i s t r i b u t i o n w a sc h e c k e d ，t h em i c r o s t r u c t u r eo ft h ep a r ta n n e a l e dw a so b s e r v e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt a n t a l u ma l l o y p a r ta n n e a l e db y13 5 0 ℃6 0m i ni sf u l l yr e c r y s t a l l i z e d ．t h ea v e r a g eg r a i ns i z ei sa b o u t5 0t t m ；T h et a n t a l u ma l l o yp a r tp o s s e s s e sg o o du n i f o r m i t ym i c r o s t r u c t u r e ，a n dt e n s i l es t r e n g t hi s3 6 0M P a ，e l o n g a t i o nr a t e i s4 5 ．5 ％． K e yw o r d s T a n t a l u ma l l o y ；R o t a r yf o r g i n gf o r m i n g ；H a r d n e s s ；M i c r o s t r u c t u r e 钽合金因具有密度高、熔点高、耐腐蚀、优异的 高温强度、良好的机械性能等而广泛应用于电子、化 工、武器等领域，具有很好的应用前景。国外近几十 年来对钽合金进行了深入的研究，其中美国对钽和 钽合金研究的较深入，特别是在武器和核动力系统 等领域。近年来，钽和钽合金的研究步伐较2 0 世纪 六七十年代有所减慢，但仍集中在电子行业、高温合 金以及武器系统方面的新应用[ 1 - 3 ] 。 钽合金薄壁回转体零件的传统加工方法主要有 机械加工成形和板材冲压成形。采用数控车床进行 作者简介李祥 1 9 8 4 - - ，男，安徽人，硬士研究生． 机械加工成形的加工精度高，但这种工艺材料浪费 大、加工工时长、成本高，而且车削加工切断金属流 线，对零件性能不利。板材冲压成形的生产效率高， 但这种工艺的材料浪费也较大，而且板材存在的各 向异性也对零件的性能不利L 4 j 。 摆动碾压简称摆碾，是一种新型压力加工工艺。 摆碾加工为连续局部成形，摆头的中心线与机身的 垂直轴线相对倾斜一定的角度。摆碾机的摆头在摆 动过程中对金属坯料加载，摆头一直承受偏心载荷， 其合力作用点不断绕机身轴线作轨道运动。使用摆 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 】1 1 年5 期 碾加工工艺制各薄壁日转体零件．可实现近净成形． 甘约会属材料。此外，由于摆碾加I 为连续局部加 载．变形力小，对模具麝损作用较小，因此模具使用 寿命妊．机器的噪声和振动小，无环境污染“。。本文 采用玲摆辗成形r 艺制备钽台金薄壁回转体零件， 研究成形后钽台金零件的组织性能。 1 试验材特与方法 I ．1 试验材料 试验材料为钽钨台金棒材．其制备工艺为钽 粉、钨粉混粉一等静压压制真空预烧结一垂熔烧 结电于柬熔炼锻造丌坯．对获得的铸锭进行一 趺镦拨．得到了T aW 合金锃棒。经真空退火后．锻 棒的室温力学性能抗拉强度3 0 5M P a ．屈服强度 2 0 5M P a ，延伸率3 85 “，金相图片见图I 。 围1h w 合金锻棒徽观组织 F i g - 1M ⋯t m c l u no fT } Wa l l o yf o r g e dr o d 1 ．2 试验方法 摆碾试验足在T2 0 0 制摆碾机上完成的。试 验前进行坯料世计．取飞边体积比5 蟛～6 蹦，坯料 高径比08 ～09 。摆头的运动轨迹栗用圆形运动 轨迹，摆角I5 。 t 摆击转速3 4 0r ／r a i n ，摆辗时间 3 ～4s 。模具材料采用C r l 2 M o V 钢．在坯科t 喷涂 二硫化钼作为润滑剂。 2 试验结果度分析 经过玲摆碾成彤的】．件在高度方向均有一定的 误差，一般在0 lm m 左右，有时也高达04 ～05 h i m ．原因主要有 1 摆碾成形时间。由于摆碾成 形时摆头与工件局部接触，先接触的部位先变形．时 问越长．摆头在工件上辗压的时间越长，』 件上表面 的圆弧就越准确．厚度方向的公差就越小。 2 摆碾 机本身结构。摆碾机球面运动副的间隙对摆碾件厚 度方向的公差也有影响。一般来说．波兰和瑞士的 设备都有定的允差范围，大体在02 ～03m m 4 此外，在实际摆碾过程中．吲摆头旋转周期内的摆 碾I ＆形力不一定完全相同，坯料在摆碾成形时的加 T 硬化程度不同．坯料放置在模具型腔里勺型腔四 周的间隙不等，坯料各部位的润精条件不尽相同，这 些都可能造成摆碾成形件高度方向的厚薄差”] 。 本试验设备采用瑞士S c h m i d 公司的T 一2 0 0 型摆辗机．综合考虑摆碾成形效率和精度，确定摆辗 时间为3 ～4s 。奉试验制备的工件沿径向中心与边 部厚度最大差值02m m 左右．结合数控车床进行 精整可达到尺寸要求。 2 ．1 T a W 台金零件 争变形遢火工艺 零件经过玲摆碾成形后，加工硬化严重，需要经 过冉结晶退火改善材料的变形组织结构，提高其综 合力学性能。考虑试验可行性，采用相I 目变形程度 的玲摆碾平面试样代替研究零件的冷变形退火T 艺。从冷摆碾平而试样E 取样进行真空退火处理， 温度分别为12 0 0 、1 2 5 0 、13 0 0 和】3 5 0 ℃，真空度 l3 3 1 0P a - 保温时间6 0r a i n 。瞄2 为不同温度 F 的退火组织。 幽2 显示，试样经过12 0 0 ℃真空退火后，开始 措晶界出现大量的再结晶核心，但整体组织以加工 态变形组织为主；试样经过13 5 0 ℃真空退火后，已 全部形成均匀的等轴晶，晶界平直．而且新晶粒相互 接触，原来的加工组织完全消除，说叫T r w 台金发 牛r 完全再结晶，达到r 再结晶退火的目的。因此- 冷变形后T a W 合金零件的退火工艺为13 5 0 ℃ 6 0 ⋯。 万方数据 有色盘埘 冶烁部升 0 1 1 年5 期 圉2T ”w 台金平面试样退火组织 F l ￡2M I ⋯t r u c t ⋯r1a - Wa l I o yp l a n es a m p l ea f l B e a [ e d 2 ．2 力学性能 由于T a W 台盘岑件为薄壁问转体型结构，无 法直接从零件取样进行力。 性能检删，因此本文 采用J } } I 同砖摆碾挥崖平晰试样代特。半面试样羟棚 同遇火上艺处理后，抗扎强度达到3 6 0M P a ．屈服强 度2 40M n ，延伸宰4 5 5 鲥．具有优抖的综合力学 性能。 23 硬度和微观组织 T aW 合金零件组织均匀性影响片他用性能． 本文对零件不刚位置进行r 硬度检测和组织观察， 榆测萁组织均匀性。吲3 山零件解剖投影同和沿往 向不同位髓的硬度分布图．图4 为T aw 台盘零什 沿径向不同位置的微观组织。 结果丧明，退火后零件硬度分布较均匀．最大差 值约为4 “。零件微观组纵均为等轴品，晶界甲直， 甲均晶粒J t 寸5 0 “n t 左右．不同位置组织差异较小。 圈3T a W 台金零件解剖投影围殛 台金零件沿径向硬度分布 F i g ．3P r o j e c t i o na n dh a H i nd i a m e t e r d i R c t i o no fT } Wa l l o yp a r t 图4T a W 台金零件退火态微观组织 F i g4M i c r o s t r u c t ⋯fT } Wa l l o yp a r ta n n e a l “ s 结论 。。墨紧i 嚣茹 嚣篙i i 1 使用冷摆碾成彤工艺成功制缶出组织性能 雇达到3 6 0M P a ．延伸率455 “．具有优异的综合 满足要求的T aW 合金薄壁回转体零件．誊握r 玲力学性能。 摆碾成形工艺各项参数位． 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年5 期 5 5 参考文献 [ 1 3 稀有金属材料加工手册编写组．稀有金属材料加工 手册[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 4 ． [ 2 ] 屈乃琴，陈久录．钽及钽合金的应用[ J ] ．世界有色金 属，1 9 9 9 5 3 7 4 1 ． [ 3 ] 胡忠武，李中奎，张廷杰，等．钽及钽合金的新发展和应 用[ J ] ．稀有金属与硬质合金，2 0 0 3 ，3 1 3 3 4 3 6 ． [ 4 ] 魏忠梅，杨明杰，李麦海．冷压一轧制工艺对钽板组织与 性能的影响[ J ] ．稀有金属与硬质合金，2 0 0 0 3 1 4 1 7 ． [ 5 ] 胡亚明，何怀波，牟小云，等．摆动辗压工艺及模具设计 [ M ] ．重庆重庆大学出版社，2 0 0 1 ． 上接第5 1 页 [ 3 ] 张进。林晓娉，王宏伟，等．C u - 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