不同粒度钼粉对板材组织的影响

刘仁智,安 耿,李 晶,陈 强,张常乐

(1.西安建筑科技大学,陕西 西安 710055) (2.金堆城钼业股份有限公司技术中心,陕西 西安 710077)

不同粒度钼粉对板材组织的影响

刘仁智1,2,安 耿2,李 晶2,陈 强2,张常乐2

(1.西安建筑科技大学,陕西 西安 710055) (2.金堆城钼业股份有限公司技术中心,陕西 西安 710077)

通过将不同粒度及形貌的钼粉进行压制烧结成为板坯,再进行轧制加工及不同温度的退火处理观察其显微组织后发现:在同样的烧结工艺下,大粒度钼粉及小粒度钼粉烧结组织的晶粒较大,普通粒度钼粉烧结组织的晶粒细小;在同样的加工工艺下,普通粒度钼粉制备的板坯组织粗大,大粒度钼粉制备的板坯组织较细,小粒度钼粉制备的板坯组织最细小;在1 150～1 200℃退火时,普通粒度钼粉制备板坯的再结晶晶粒数少而晶粒粗大,大粒度钼粉板坯的再结晶晶粒数次之,小粒度钼粉板坯的再结晶晶粒最小;1 300℃时小粒度钼粉板坯的晶粒长大速度最快,而普通粒度钼粉板坯次之,大粒度钼粉板坯最慢。

粒度;钼粉;板坯;板材;晶粒

0 前 言

钼金属由于其优越的高温性能而应用广泛,同时由于熔点高使大部分制品仍采用粉末冶金的生产方式,这种生产方式与传统的火法冶金相比成本低,见效快,而特殊性能的产品如溅射靶材对坯料的纯度、致密度及晶粒度的极高要求使粉末冶金在致密度及纯度上难以与火法冶金相比,但其具有烧结组织均匀、细小的优点,这是火法冶金难以企及的,因此在充分利用其优越性的同时如何改善并消除其缺点,这是当前的难点。本文通过将不同粒度及分布状态的钼粉进行加工成形及热处理,从原料的角度研究改善粉末冶金组织的途径,S.Pr imig[1]与I.Huensche[2]等是从变形量及退火温度对板材的显微组织产生的影响进行了研究,朱爱辉等[3]将不同轧制方式对钼板组织及性能的影响进行了对比研究,而石明柱[4]只是对不同粒度的钼粉对大棒坯烧结组织的影响进行了研究。他们都未考虑原料钼粉的粒度及形貌可能对板材产生的影响。本文针对当前的板材研究现状,提出了自己的观点及看法。

1 实验过程

1.1 原 料

原料选用3种粒度的钼粉制备压坯、烧结坯,3种粒度为:(1)大粒度钼粉(费氏粒度5.5μm以上)编号D;(2)小粒度钼粉(费氏粒度小于3.0μm)编号X;(3)普通钼粉(费氏粒度约3.5μm)编号P;原料钼粉的扫描电镜照片如图1所示,从图中可见大粒度钼粉颗粒粗大,烧结较严重,普通钼粉颗粒大小不均,烧结颈较少,小粒度钼粉粒度小而均匀且基本看不见烧结颈。

图1 不同粒度钼粉照片

1.2 加工变形及热处理

板坯经过相同的变形量轧制加工后退火,退火工艺为:退火温度1 050℃、1 100℃、1 150℃、1 200℃、1 250℃、1 300℃;保温时间1 h;退火设备:高真空石墨坩埚炉。

2 实验结果

板坯退火前及经过不同温度退火后组织如图2所示,试样D在1 200℃退火时晶粒的取向完全消失,再结晶完成,1 250～1 300℃时晶粒局部出现反常长大;P试样也是在1 200℃完成再结晶, 1 250～1 300℃时晶粒由局部发生反常长大到全部长大;X试样在1 150℃完成再结晶,再结晶晶粒细小,1 200℃有个别的晶粒开始长大,在1 200～1 250℃退火时晶粒缓慢的发生二次再结晶, 1 300℃晶粒开始急剧长大;通过对一系列退火组织进行比较发现D、试样的晶粒比P、X的晶粒都小,P试样晶粒大小不均匀程度剧烈。

3 讨 论

3.1 烧结组织的晶粒形成

大粒度钼粉制备的板坯在1 300℃退火后只有少数晶粒发生异常长大即二次再结晶,而普通粒度及小粒度钼粉制备的板坯在1 300℃的退火组织基本完全成为二次再结晶组织;小粒度钼粉制备的板坯在1 250℃温度以下的退火组织基本保持细小的晶粒组织。大粒度钼粉的制备是将普通钼粉进行高温返烧,钼粉颗粒之间烧熔形成大量的烧结颈并团聚而成为大的假性颗粒球团促使粒度增大,在这个造粒的过程中进一步将杂质挥发掉。因此,大粒度钼粉不仅粒度大杂质含量也低,钼粉粒度都较大,小粒度钼粉极少,钼粉颗粒大小较均匀,在烧结过程中,已经形成烧结颈的假性颗粒之间原子迁移加剧,假性颗粒在烧结过程中逐渐形成较大晶粒,由于大粒度钼粉基本为大小接近的球团假性颗粒,烧结时晶粒之间收缩均匀,因此烧结组织的晶粒也较均匀而致密;而普通钼粉的粒度分布较宽,不同粒度的原料钼粉粒度分布曲线如图3所示,从粒度分布图中可见大粒度及小粒度钼粉的粒度分布都较窄,而普通粒度钼粉的粒度分布较宽;钼粉颗粒间形貌差异大,在烧结的过程中颗粒之间原子迁移较难,钼粉颗粒之间收缩不一致,致使烧结组织出现大量的收缩孔洞,导致烧结组织较细,晶粒大小不均,同样粒度均匀的小颗粒钼粉其烧结原理同大颗粒钼粉是相同的,不同钼粉的烧结坯组织如图4所示。

3.2 轧制加工及热处理过程的晶粒演变

由于D板坯组织致密而且晶粒较大,大晶粒在承受大变形量时首先发生破碎而后发生晶界的迁移;P板坯的烧结孔多而晶粒细小,其主要是烧结孔闭合然后晶界发生迁移及滑移;而X板坯的晶粒较小而致密,在大变形量下晶粒的晶界发生迁移和滑移,在迁移和滑移的过程中伴随少量的破碎;轧制过程中在同样的加工量下,D板坯晶粒的变形量大于X板坯晶粒的变形量,远大于P板坯的晶粒变形量。因此,P板坯的晶粒组织粗大主要是烧结孔多造成晶粒承担的变形量小,D板坯的晶粒较大主要因为烧结晶粒较大的遗传所致,X板坯则不存在这些问题,因此其加工组织细密;P板坯晶粒越细,变形抗力越大,变形储存能越多,再结晶温度越低,因此在1 150～1 200℃退火时,P板坯的再结晶晶粒数少而晶粒粗大,D板坯的再结晶晶粒数次之,X板坯的再结晶晶粒最小;但是到1 300℃时X板坯的晶粒长大速度最快,而P板坯次之,D板坯最慢。

图2 3个试样退火前及不同温度退火后的金相照片

图3 不同钼粉的粒度分布曲线

图4 不同钼粉烧结坯组织照片

4 结 论

通过将不同粒度及形貌的钼粉进行压制烧结成为板坯,再进行轧制加工及不同温度的退火处理观察其显微组织,得出以下结论:

(1)在同样的烧结工艺下,大粒度钼粉及小粒度钼粉烧结组织的晶粒较大,普通粒度钼粉烧结组织晶粒细小。

(2)在同样的加工工艺下,普通粒度钼粉制备的板坯组织粗大,大粒度钼粉制备的板坯组织较细,小粒度钼粉制备的板坯组织最细小。

(3)在1 150～1 200℃退火时,普通粒度钼粉板坯的再结晶晶粒数少而晶粒粗大,大粒度钼粉板坯的再结晶晶粒数次之,小粒度钼粉板坯的再结晶晶粒最小。

(4)1 300℃时小粒度钼粉板坯的晶粒长大速度最快,而普通粒度钼粉板坯次之,大粒度钼粉板坯最慢。

[1] S.Pr imig,H.Leitner,A.Rodriguez;On the Recrystallization Behavior of Technically Pure Molybdenum[C]. 17th Plansee Seminar 2009,1,RM15.

[2] I.Huensche,C.-G.Oertel,R.Tamm.Microstructure and texture development during recrystallization of rolled molybdenumsheets[C].Materials ScienceForum, 2004,467-470.

[3] 朱爱辉,吕新矿,王快社.轧制方式对Mo-1钼板组织和性能的影响[J].硬质合金,2006,23(2):97-99.

[4] 石明柱.钼粉粒度对大规格烧结钼棒密度的影响[J].稀有金属材料与工程,1992,21(2):46-50.

INFLUENCE OFMOLYBDENUM POWDERW ITH D IFFERENT GRA IN SIZES ON PLATES STRUCTURE

L IU Ren-zhi1,2,AN Geng2,L I jing2,CHEN Qiang2,ZHANG Chang-le2
(1.JinduichengMolybdenum Co.,Ltd.,Xi’an 710077,Shaanxi,China) (2.Xi’an University of Science and Technology,Xi’an 710055,Shaanxi,China)

Three types of molybdenum powder with different particle sizes and structures had been processed by pressing,sintering,rolling and annealing.According to the experiment,we can draw the conclusions:experiencing the same sintering process,the crystal grain of metallurgical structure from molybdenum powder with large granularity and s mall granularity is bigger,however,it is smaller from molybdenum powderwith ordinary granularity.Under the same processing condition,the smallestmolybdenum powderwasmade into ingotswith common size crystal,ordinary size molybdenum powder was made into ingots with smallest crystal grain;after the same rolling technology,all the results are on the contrary,that is,the sintered ingotwith s mallest crystalwas rolled into plates with largest crystal;the sintered ingotwith bigger crystalwas rolled into plateswith s mallest crystal.After annealing of 1 150～1 200℃,the big grains become larger,s mall grains remain s mall.When annealing at 1 300℃,only the platesmade from large size molybdenum powder remain small.

grain size;molybdenum powder;slabs;plates;crystal grain

TG335.5

A

1006-2602(2010)05-0052-04

2010-04-10

刘仁智(1979-),女,硕士,工程师,主要从事钼合金加工工艺及性能研究。