鋼鐵工業(yè)
鎢大部分用于生產(chǎn)特種鋼。廣泛采用的高速鋼含有9%--24%的鎢、3.8%--4.6%的鉻、1%--5%的釩、4%--7%鈷、0.7%--1.5%碳。高速鋼的特點(diǎn)是在空氣中有高的強(qiáng)化回火溫度(700--800℃)下，能自動(dòng)淬火，因此，直到600-650℃它還保持高的硬度和耐磨性。合金工具鋼中的鎢鋼含有0.8%--1.2%的鎢;鉻鎢硅鋼含有2%--2.7%的鎢;鉻鎢鋼中含有2%--9%的鎢;鉻鎢錳鋼中含有0.5%--1.6%的鎢。含鎢的鋼用于制造各種工具:如鉆頭、銑刀、拉絲模、陰模和陽(yáng)模，氣支工具等零件。鎢磁鋼是含有5.2%--6.2%的鎢、0.68%--0.78%碳、0.3%--0.5%鉻的永磁體鋼。鎢鈷磁鋼含有11.5%--14.5%的鎢、5.5%--6.5%鉬、11.5%--12.5%鈷的硬磁材料。它們具有高的磁化強(qiáng)度和矯頑磁力。
無(wú)磁硬質(zhì)合金材料的研發(fā)和生產(chǎn)是新型硬質(zhì)合金材料意義重大的表現(xiàn)。硬質(zhì)合金是以元素周期表第ⅣA、ⅤA、ⅥA族難熔金屬碳化物(如碳化鎢WC)，以鐵族過(guò)渡族金屬(鈷Co、鎳Ni、鐵Fe)作為粘結(jié)相，通過(guò)粉末冶金工業(yè)燒結(jié)而成。以上碳化鎢都是無(wú)磁的，而Fe、Co、Ni都是有磁的，其居里點(diǎn)分別為770℃、1120℃、354℃。其中Ni(鎳)的居里點(diǎn)相對(duì)較低，可以通過(guò)一些方法將其降至室溫以下，用Ni做粘結(jié)劑是制取無(wú)磁合金的必備條件。
獲得WC-Ni系無(wú)磁硬質(zhì)合金有以下方法：
1.嚴(yán)格控制碳含量
WC-Ni合金和WC-Co合金一樣，碳含量是影響W在粘結(jié)相中固容量的主要因素，即合金中碳化合物相的碳含量越低，Ni粘結(jié)相中W的固溶量越大，其變化范圍約在10~31%。當(dāng)W在Ni粘結(jié)相中的固溶量超過(guò)17%時(shí)，合金就呈無(wú)磁性。這種方法的實(shí)質(zhì)是通過(guò)降低碳含量，提高W在粘結(jié)相中的固溶量來(lái)獲得無(wú)磁硬質(zhì)合金。實(shí)際通常采用碳含量低于理論碳含量的WC粉，或在混合料中加入W粉的方法來(lái)達(dá)到生產(chǎn)低碳合金的目的。不過(guò)，單純利用控制碳含量的方法來(lái)制取無(wú)磁合金是非常困難的。
2.添加鉻Cr、鉬Mo、鉭Ta
高碳的WC-10%Ni(wt%重量百分比)合金在常溫下呈鐵磁性，如果以金屬的形式添加0.5%以上的Cr、Mo和1%以上的Ta，可使高碳合金由鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)磁性。添加Cr，合金磁性與碳含量無(wú)關(guān)，Cr在合金粘結(jié)相中與W一樣大量固溶的結(jié)果。而添加Mo、Ta的合金只能在一定的碳含量下轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)磁合金。由于Mo、Ta在粘結(jié)相中固溶量較少，大部分Mo、Ta只是奪取WC中的碳形成了相應(yīng)的碳化物或碳化物固溶體，所以合金成分向低碳側(cè)偏移，從而引起W在粘結(jié)相中的固溶量增加。也就是說(shuō)，添加Mo、Ta的方法實(shí)際上還是通過(guò)降低碳含量來(lái)獲得無(wú)磁合金，雖然不如添加Cr容易控制，但比純WC-10%Ni合金在控制碳含量方面相對(duì)容易些，含碳量的范圍由5.8~5.95%拓寬至5.8~6.05%。
3.添加NiB或AI
以含硼1~8的NiB(硼化鎳)為粘結(jié)相，以WC、TiC(碳化鈦)、TaC(碳化鉭)等為硬質(zhì)相，通過(guò)1300~1450℃真空燒結(jié)制成的。當(dāng)粘結(jié)相中硼含量大于8%時(shí)，抗彎強(qiáng)度明顯下降。這種合金之所以能獲得無(wú)磁性，推斷是由于硼在合金粘結(jié)相中固溶而使合金居里點(diǎn)降低，或者是由于硼與WC反應(yīng)生成新的硬質(zhì)相而使合金變成低碳合金的結(jié)果。在WC-Ni系硬質(zhì)合金中添加Al,如成分為WC-0.75%Al-14.25%Ni的合金，這種合金在室溫下呈弱磁性，其抗彎強(qiáng)度為1670MPa，硬度為87.4HRA。
在無(wú)磁合金的生產(chǎn)制備方法中，第二種方法在生產(chǎn)中得到了實(shí)際應(yīng)用。種方法因工藝難以控制，第三種方法因?yàn)樾阅茌^差而沒(méi)有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
就第二種方法來(lái)說(shuō)，雖然可以滿足生產(chǎn)無(wú)磁硬質(zhì)合金的要求，但還存在一些問(wèn)題。碳含量是生產(chǎn)無(wú)磁合金中比較難準(zhǔn)確控制的因素，也是獲得正常性能硬質(zhì)合金的基本前提。W-C-Ni三元系能得到正常組織結(jié)構(gòu)(二相區(qū))的碳成分范圍比較窄，而其中能夠獲得無(wú)磁合金的范圍更窄。在工業(yè)生產(chǎn)條件下，比較難以保證合金組織在二相區(qū)中的無(wú)碳區(qū)。如果希望合金無(wú)磁，往往控制碳含量在二相區(qū)的低碳側(cè)，如果碳含量過(guò)低，就會(huì)析出θ相，從而嚴(yán)重影響合金機(jī)械性能。雖然添加Mo、Ta等合金元素可使合金粘結(jié)相二相區(qū)中無(wú)碳區(qū)的范圍增大，但增寬幅度畢竟有限。
對(duì)于添加Cr生產(chǎn)無(wú)磁合金的方法來(lái)說(shuō)，其磁性不依賴合金碳含量的變化。但是加入Cr3C2(碳化鉻)后合金的強(qiáng)度會(huì)受到影響。生產(chǎn)的無(wú)磁硬質(zhì)合金，無(wú)磁的重要指標(biāo)是磁導(dǎo)率偏高，其機(jī)械性能(強(qiáng)度、硬度、耐磨性等)有待進(jìn)一步提高
鎢粉除了對(duì)雜質(zhì)含量有一定的要求外，氧含量要控制在一定范圍內(nèi)。常用鎢粉粒度一般為費(fèi)氏平均粒度2～10μm。鎢粉為多角形顆粒形狀。此外，鎢粉的比表面、松裝密度、搖實(shí)密度等也在一定范圍內(nèi)變化。鎢粉的性能對(duì)鎢材的生產(chǎn)和鎢粉末冶金制品的質(zhì)量有直接的影響，特別是純度和粒度的影響更為明顯。鎢粉是依據(jù)純度和粒度以及不同的用途而分類的。
早生產(chǎn)鎢粉是按化學(xué)純度將氫還原鎢粉分為三級(jí)；日本已制定了《鎢粉及碳化鎢粉》的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JISH2116-1979)；英、法和前蘇聯(lián)等國(guó)均設(shè)有統(tǒng)一的鎢粉國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的鎢粉于1982年制定了《氫還原鎢粉的技術(shù)條件》(GB3458-82)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鎢粉的性能和分類牌號(hào)．并對(duì)檢驗(yàn)方法、驗(yàn)收規(guī)則、包裝、運(yùn)輸和儲(chǔ)存等項(xiàng)目都做了明確的規(guī)定。對(duì)于特殊用途和軍工專用的鎢粉，生產(chǎn)廠可根據(jù)用戶要求試制生產(chǎn)。
鎢大部分用于生產(chǎn)硬質(zhì)合金和鎢鐵。鎢與鉻、鉬、鈷組成耐熱耐磨合金用于制作刀具、金屬表層硬化材料、燃?xì)廨啓C(jī)葉片和燃燒管等。鎢與鉭、鈮、鉬等組成難熔合金。鎢銅和鎢銀合金用作電接觸點(diǎn)材料。高密度的鎢鎳銅合金用作防輻射的防護(hù)屏。金屬鎢的絲、棒、片等用于制作電燈泡、電子管的部件和電弧焊的電極。鎢粉可燒結(jié)成各種孔隙度的過(guò)濾器。FW-1用于大型板坯、鎢錸電偶原料。FW-2用于觸頭合金、高比重屏蔽原料。FWP-1用于等離子噴鍍材料。
鎢粉是加工粉末冶金鎢制品和鎢合金的主要原料。純鎢粉可制成絲、棒、管、板等加工材和一定形狀制品。鎢粉與其他金屬粉末混合，可以制成各種鎢合金，如鎢鉬合金、鎢錸合金、鎢銅合金和高密度鎢合金等。鎢粉的另一個(gè)重要應(yīng)用是制成碳化鎢粉，進(jìn)而制備硬質(zhì)合金工具，如車刀、銑刀、鉆頭和模具等。