简介概要

钼铼合金带材的组织和性能

来源期刊：稀有金属2004年第1期

论文作者：郭让民任吉文张小明李中奎张廷杰谭栓斌

关键词：钼铼合金; 加工; 力学性能;

摘要：选用熔炼的钼铼合金经过锻造、热拉、冷拉和轧制的方法制备钼铼合金带材, 其规格为0.3 mm宽0.03 mm厚, 对其组织和性能进行了研究. 结果表明: 加工态的拉断力是再结晶状态的2.5倍左右, 为24.8 N; 而延伸率只是再结晶状态的1/3, 为3.1%; 随着退火温度的提高, 钼铼合金的的拉断力直线降低, 但延伸率在1723 K, 30 min退火后却最高, 金相结果表明1723 K退火的钼铼合金带材发生了明显的再结晶. 钼铼合金加工态拉伸时其断口表现为准解理断裂, 退火后断口表现为明显的韧窝状. 铼元素加入钼中, 可以提高晶粒和晶粒之间的结合力, 使得钼铼合金在拉伸下有很好的延伸率. 同时钼铼合金在室温变形时, 也容易发生孪晶变形, 这一点不同于通常的钼合金.

稀有金属 2004,(01),127-130 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2004.01.032

钼铼合金带材的组织和性能

张小明任吉文郭让民张廷杰李中奎

西北有色金属研究院难熔所,西北有色金属研究院难熔所,西北有色金属研究院难熔所,西北有色金属研究院难熔所,西北有色金属研究院难熔所,西北有色金属研究院难熔所陕西西安710016 ,陕西西安710016 ,陕西西安710016 ,陕西西安710016 ,陕西西安710016 ,陕西西安710016

摘要：

选用熔炼的钼铼合金经过锻造、热拉、冷拉和轧制的方法制备钼铼合金带材 , 其规格为 0 .3mm宽 0 .0 3mm厚 , 对其组织和性能进行了研究。结果表明 :加工态的拉断力是再结晶状态的 2 .5倍左右 , 为 2 4.8N ;而延伸率只是再结晶状态的 1/3 , 为 3 .1%;随着退火温度的提高 , 钼铼合金的的拉断力直线降低 , 但延伸率在 172 3K , 3 0min退火后却最高 , 金相结果表明 172 3K退火的钼铼合金带材发生了明显的再结晶。钼铼合金加工态拉伸时其断口表现为准解理断裂 , 退火后断口表现为明显的韧窝状。铼元素加入钼中 , 可以提高晶粒和晶粒之间的结合力 , 使得钼铼合金在拉伸下有很好的延伸率。同时钼铼合金在室温变形时 , 也容易发生孪晶变形 , 这一点不同于通常的钼合金

关键词：

钼铼合金;加工;力学性能;

中图分类号： TG113

收稿日期：2003-09-10

Structure and Properties of Molybdenum-Rhenium Alloys

Abstract：

The structure and mechanical properties of tapes (0.03 mm×0.3 mm) for MoRe alloys produced by forging, drawing and rolling were investigated. The results show that the force of tapes after deforming attains to 24.8 N, that is 2.5 times stronger than that of recrystallized one. Otherwise, the elongation after deforming is 3.1% that is 1/3 of that for recrystallized. With increasing of the annealing temperature the force linearly decreases and the elongation annealing at 1723 K 30 min is the largest. The recrystalliztion temperature is 1723 K through the analysis of the structure. The fracture mode after deforming is quasi cleavage and is ductile rupture after annealing at 1723 K. The elongation of MoRe alloys is perfect because the adhering force among grains increases and the twin occurs after deforming.

Keyword：

Mo Re alloys; deformation; mechanical properties;

Received： 2003-09-10

钼不但具有优良的导热、导电、耐蚀、低膨胀系数、低蒸汽压等性能, 而且具有高硬度、高强度的性能。因而钼在电子工业、玻璃制造业等领域具有非常广阔的用途。然而钼的加工比较困难, 钼的低温脆性是影响其加工的一个很重要的原因。长期以来, 人们从各个方面研究了影响钼的脆性的因素 ^[1,2] 。其中研究添加元素对钼合金性能的影响的工作最多, 比如研究间隙原子C, N, O对钼合金性能的影响; 研究稀土元素钇、镧等对钼合金性能的影响; 研究铼对钼合金性能的影响 ^{[3,4,5,6,7,8,9,10]} 。铼加入钼中, 形成的钼铼合金具有优异强度和塑性的综合性能, 因此研究出了各种钼铼合金, 并且较深入的探讨了铼效应。目前, 对于钼铼合金深度加工的研究较少, 尤其是研究深度加工后钼铼合金的性能。本文重点研究了经过深度加工后钼铼合金的组织和性能。

1 实验方法

如图1所示, 本研究所采用的加工方法, 铼粉末含量的重量百分比为44.5%。首先将钼铼粉末混合均匀, 高温烧结成钼铼合金锭, 然后采用两次电子束熔工艺熔炼钼铼合金以降低钼铼合金的杂质含量特别是氧含量。钼铼合金锭选择锻造开坯, 之后经过旋锻、高温拉丝、常温拉丝和退火工艺, 制备成直径为0.1 mm的丝材, 丝材经过常温轧制最终成为0.03 mm厚0.3 mm宽的带材以备测试性能。

分别选用1423 K/30 min, 1573 K/30 min; 1723 K/30 min和1873 K/30 min的退火工艺处理钼铼合金带材, 退火在氢气气氛中进行, 随炉冷却。在PMG3研究型倒置式金相显微镜下观察钼铼合金带材的组织; 在KyKy-Amray 100B扫描电镜下分析断口形貌, 观察其微观组织; 用Instron model 1185型拉伸机测试钼铼合金带材的力学性能, 所用样品规格为厚0.03 mm、宽0.3 mm, 标距为50 mm, 拉伸速率为1 mm·min^-1。

2 实验结果

图2所示为钼铼合金在加工态、消应力态和再结晶状态下的拉断力和延伸率的柱状图。由该图可以看出: 加工态的拉断力最大, 延伸率最小; 再结晶状态下的拉断力最小, 延伸率最大, 消应力状态介于其中。加工态的拉断力是再结晶状态的2.5倍左右, 为24.8 N; 而延伸率只是再结晶状态的1/3, 为3.1%。由此可以看出热处理对于钼铼合金强度和塑性的影响非常显著。

图1 钼铼合金带材制备工艺

Fig.1 Producing method of tapes of MoRe alloys

图2 钼铼合金的力学性能

Fig.2 Mechanical properties for MoRe alloys

为了更清楚地研究热处理温度对于钼铼合金强度和塑性的影响, 在1423, 1573, 1723和1873 K, 对于钼铼合金带材进行30 min的热处理, 实验结果如图3所示。由该图可以看出: 随着退火温度的升高, 钼铼合金的拉断力几乎成直线下降, 在1423K退火时拉断力为15.2 N, 到1873 K退火时拉断力降到了10.6 N。与此同时, 随着退火温度的升高, 钼铼合金带材的延伸率升高, 所不同的是延伸率的升高并非是直线的, 在1423 K退火时带材的延伸率为4.7%, 在1723 K退火时其延伸率最大为12.4%, 之后, 当温度进一步提高时, 虽然拉断力有所下降, 但是延伸率反而有所降低。

对不同温度退火处理的钼铼合金带材的纵向金相进行观察, 结果如图4所示。由图4可以看出: 加工态的带材沿其加工方向呈现纤维状的组织; 之后随着退火温度的升高, 纤维状组织变得越来越少, 与此同时再结晶组织变得越来越多。在1423 K/30 min退火后还基本上是纤维状的组织, 在1573 K/30 min退火后是纤维状组织加上部分再结晶的组织, 在1723和1873 K/30 min退火后全部是再结晶的组织, 同时1873 K/30 min退火处理的组织有明显的长大。

在以上关于拉伸性能的分析中可以看到: 随着退火温度的升高, 钼铼合金的的拉断力直线降低, 但延伸率在1723 K, 30 min退火后却最高。结合不同退火温度的金相组织观察 (如图4) 可以明白, 在1723 K退火后钼铼合金已经发生了再结晶, 当1873 K退火时, 再结晶晶粒发生长大。

图3 退火对钼铼合金机械性能的影响

Fig.3 Effect of annealing temperature on mechanical properties

(a) 退火对拉断力的影响; (b) 退火对延伸率的影响

图4 钼铼合金带材纵向金相 (500×)

Fig.4 Structures of tape for MoRe alloys

(a) 加工态; (b) 1423 K/30 min 退火; (c) 1573 K/30 min 退火; (d) 1723 K/30 min 退火; (e) 1873 K/30 min退火

图5 钼铼合金带材断口形貌

Fig.5 Fracture mode of tapes for MoRe alloys

(a) 加工态; (b) 加工态; (c) 退火态; (d) 退火态

图5为加工态和退火态钼铼合金带材拉伸断口的扫描电镜照片。加工态拉伸时拉断力很大, 延伸率很低, 其断口在低倍时发亮, 高放大倍数下表现为准解理断裂, 可以明显的看到撕裂棱和小平面内的河流花样。退火后在低倍数下断口较暗, 高放大倍数下表现为明显的韧窝状。

3 讨论

通常情况下, 钼合金尤其是再结晶后的钼合金常温拉伸时表现为脆性, 其延伸率几乎为0。从力学性能的角度表现为钼合金的抗拉强度在常温时低于其屈服强度, 也就是说在拉伸作用力下钼合金在未达到屈服强度时首先达到了抗拉强度, 即发生了脆性断裂。在微观组织方面, 通常认为间隙元素特别是O, N, C在晶界的富集极大的增加了钼合金的脆性, 也使得钼合金的抗拉强度降低很多, 其拉伸断口常常表现为冰糖状的沿晶断裂。在再结晶情况下, 钼合金的晶粒尺寸增大, 间隙元素O, N, C在晶界进一步的富集而加剧了这种倾向。

从以上的实验可以看出: 钼铼合金在常温不管是加工态还是退火态都有比较好的塑性, 尤其是再结晶状态下, 其延伸率较变形态有很大的提高。很显然, 钼铼合金的断裂强度在室温时要大于其屈服强度, 这一点明显的不同于一般的钼合金。从拉伸断口可以看出: 钼铼合金的断口不是冰糖状的沿晶断口, 再结晶状态下, 其断口为韧窝状。由此可以推断铼元素加入钼中, 可以提高晶粒和晶粒之间的结合力, 使得钼铼合金在拉伸情况下有很好的延伸率, 这是铼元素加入钼中提高钼塑性的原因之一。另一方面, 钼铼合金的变形方式有一定的改变 (图6) , 通常的钼合金在常温变形情况下没有孪晶变形的发生, 但是钼铼合金不一样, 在常温时孪晶变形是一种很普遍的变形方式, 这种孪晶变形对于发生再结晶的钼铼合金尤其突出, 铼元素加入钼中, 使得钼铼合金更容易发生孪晶变形, 这是铼元素提高钼合金塑性的另外一个重要的原因。