钼丝质量的影响因素分析及工艺改进措施

同品种规格（ 一般为 d 6. 5 ～ 0. 02 mm，且以 d 3. 5 ～ 0. 05 mm 为主）的成品丝材。钼丝生产的基本工艺 路线如图 1 所示。
1 钼丝的生产工艺及质量要求
1. 1 钼丝生产的基本工艺 钼丝是以金属钼粉为原料，通过粉末冶金方法
获得方条或圆棒形的金属钼坯后，采用轧制、旋锻、 拉伸等压力加工方式并辅以多种工艺手段，制得不
2. 1 成分和杂质含量的影响 从钼丝的成分特点来看，有纯钼丝、高温钼丝和
特种钼丝 3 类。其中，纯钼丝的纯度应(99. 90% ， 而杂质元素总量≤0. 10% ，且每种杂质元素含量≤ 0. 01% 。高温钼丝（ 又称掺杂钼丝）由于在钼粉原 料制备中添加了微量的 Si、Al、K（ 或添加 Ca、Mg）等 元素，所形成的钾泡在大变形加工时可阻碍晶界移 动和位错运动，故使钼丝的再结晶温度提高，且再结 晶后易获得长宽比大的晶粒组织，高温性能得到明 显改善。特种钼丝则因原料中稀有元素 La（ 或 Ti、 Zr）的适量添加，不但能降低晶粒组织中有害杂质的 浓度，而且所形成的 La2 O3 等粒子经大变形塑性加 工后呈纤维状，经高温退火后分裂为热力学稳定、细 小弥散的第二相粒子，沿丝轴方向排列，起到有效的 强化作用，从而赋予钼丝特定的优良品性。
喷涂钼丝，主要用于耐高温、耐腐蚀和耐冲击件 如汽车摇臂、变速箱齿轮和拨叉、发动机活塞环、同
第 30 卷 第 2 期
詹志洪：钼丝质量的影响因素分析及工艺改进措施
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步环、刹车片、热矩增加器、气缸等表面的涂层强化 处理。喷 涂 钼 丝 相 对 而 言 规 格 较 粗，常 见 的 有 d 3. 17 mm、d 2. 3 mm 和 d 1. 59 mm 等几种，我国目前 尚未制定统一的质量标准。为保证涂层性能和防止 不良杂质对喷涂基体的污染，满足高自动化和高精 度钼喷涂设备的要求，实际生产中对喷涂钼丝的要 求较为严格：钼丝纯度(99. 93% ，密度 ～ 10. 2 g / cm3 ，硬度 HV(320；在 d 1. 0 ～ 4. 0 mm 范围时，其 抗拉强度 700 ～ 850 MPa，延伸率 ～ 15% ；表面无裂 纹、毛刺、接痕、油污等缺陷；当钼丝的加工尺寸为 d 1. 59 ～ 6. 5 mm 时，其公差≤ ± 0. 05 mm；单根丝需 有一定长度，如 d 3. 17 mm 丝的单根重应(20 kg， 而 d 1. 50 mm 丝的单根重也应(10 kg。
0前言
钼是一种高熔点（2 620 ℃ ）、高密度（10. 2 g / cm3 ）的稀有难熔金属，具有热膨胀系数小、导电导 热性好、强度高、耐高温、耐磨、耐腐蚀等优良的物理 化学性能。钼丝作为一种重要的金属材料，已被广 泛应用于航空航天、冶金化工、机械电子、汽车制造 等领域，按 其 具 体 用 途 可 分 为 喷 涂 钼 丝、加 热 炉 钼 丝、电光源钼丝、电子器件钼丝、线切割钼丝等。生 产工艺的优化对钼丝质量的控制有着密切关系，本 文结合相关的生产工艺，对影响钼丝质量的主要因 素进行综合分析，并提出具体的改进措施。
除喷涂钼丝之外的其他用途钼丝，规格范围一 般为 d 0. 02 ～ 2. 50 mm。其中，电光源钼丝主要用 作灯丝支架及钨螺旋的芯线，除要求直径均匀、平直 度好、强度高、高温性能稳定外，为防止绕制、成型加 工及使用中的脆性断裂，还应有一定的柔韧性，即具 有良好的综合力学 性 能，延 伸 率 要 求 达 到 15% ～ 25% 。加热炉钼丝主要用作为工业电炉的发热体， 丝径规格通常粗于电光源用丝，高温性能是其重要 的质量指标。真空电子器件用钼丝（ 如显像管中电 子枪用芯线钼丝）和 电 火 花 线 切 割 机 床 用 电 极 钼 丝，因使用条件的精密度及可靠性要求高，故对其质 量和性能要求颇为严格，应有较大的延伸率和较高 的抗拉强度，且尺寸偏差的允许范围≤1. 0% 。表 1 列出了 GB / T 4182 - 1997 中对电子管用栅丝及电火 花切割线用钼丝抗拉强度的要求。
然而，丝料中有害的杂质元素成分易富集于晶 界处形成内部缺陷，当处于不均匀受力变形或拉伸 状态时导致裂纹的产生甚至脆断。如间隙元素 C、 N、O、P、S 等含量偏高时，由于其间隙固溶和沉淀作 用，使材料的强度增加而延伸率降低，提高了塑脆转 变温度，加工性能恶化。特别是当 W、Ni 含量超标 时，因机械性能下降，导致钼丝表面毛刺、微裂纹、尺 寸偏差等情形加剧，并在落地、开卷、弯曲等条件下 易发生断丝。 2. 2 开坯方法的影响
开坯是钼丝生产中颇为重要的一环，有轧制和 旋锻两种方法。轧制开坯为连续变形，变形量大且 深透均匀，晶粒得到充分破碎，利于消除或减少内部 缺陷，且材料的变形组织沿横向断面分布的均匀性 得到显著改善，表面质量及尺寸形态一致性较好，为 钼丝的后续加工创造了有利条件。旋锻开坯则为传 统的开坯方法，由于是对坯料施以间断且分散的高 频率锻打，每次锻打变形量极小，存在一定程度的变 形不均匀性，因此表层与内部的晶粒尺寸、形状、分 布差异较为明显，使材料的加工性能和力学指标下 降。
16. 5 13. 7 5. 6
3. 1 加强对原料成分和粒度的控制 严格控制钼粉的纯度和杂质含量，是保证钼丝
质量的关键一环。如对喷涂钼丝，应将 Mo 含量由 99. 93% 提高到 99. 95% 以上，而 C、N、O、P、S 等杂 质元素的含量控制在≤0. 005% 范围。高温钼丝的 原料中应防止添加元素产生偏聚，因为 K、Si 局部含 量超标时易造成钼丝的脆断，而加入适量的 Ca 则 可进一步提高钼丝的抗拉强度和抗脆性。添加 La、 Y、Ce 等稀土成分后，可使特种钼丝的再结晶温度提 高 400 ～ 600 ℃ 。适当加大合批的钼粉量和延长混 料时间，可改善成分分布的均匀性，尤其是减少杂质 元素的富集，但混料时间不宜过长，以避免粉料的氧 化及容器 Fe、Ni 等成分对粉料的污染，若条件允许 在混料时采用惰性气体保护则效果更好。
（ Changsha Engineering & Research Institute of Nonferrous Metallurgy，Changsha 410011，Hunan，China） Abstract：Based on the summarization of years of product development and technological design，comprehensive analysis is made of the main effects on Mo wire quality. Measures for technological improvement are presented in respect of raw material composition control，process selection，processing parameter adjustment，setup of annealing point，etc. Key words：Mo wire quality；effects；production technology；improvement measures
2. 3 加工状态的影响 无论采用何种工艺路线进行钼丝生产，均可归
纳为轧制、旋锻、拉伸三种基本加工方式。其中轧制 和旋锻时，虽然坯料均处于三向压应力状态，但因轧 制力远大于旋锻力，使得轧制时的压应力状态较强 且轧制的受力较为均匀，故更利于塑性变形的进行； 而拉伸时，丝料主要受拉应力的作用，更容易出现断 丝。然而由于轧制、旋锻的局限性（ 因设备结构特 点主要用于 开 坯 和 粗 加 工 ）和 产 品 规 格 的 要 求，拉 伸几乎是钼丝（ 特别是细钼丝）生产中不可缺少的 精加工手段。在多道次的变形加工过程中需根据钼 丝的成分特点，具体分析其在线的加工状态如机械 性能、受力情况、尺寸规格等，合理分配道次加工率 和设置退火点，才能消除钼丝的加工硬化，改善力学 性能，提高生产效率和保证产品质量。
表 1 栅丝及切割线用钼丝的抗拉强度标准
丝径规格 0. 02≤d 0. 07 < d 0. 13 < d 0. 20 < d 0. 30 < d 0. 40 < d / mm ≤0. 07 ≤0. 13 ≤0. 20 ≤0. 30 ≤0. 40 ≤0. 70
抗拉强度 (3 389 (3 013 (2 824 (2 561 (2 372 (1 040
收稿日期：2006 - 01 - 24 作者简介：詹志洪（1954 - ），女，1982 年毕业于中南矿冶学院金属材
料系，高级工程师，长期从事稀有金属材料的工程设计及 研究工作。
图 1 钼丝生产的基本工艺路线
1. 2 对钼丝的质量性能要求 钼丝的质量性能，主要体现在化学成分、机械性
能、表面光洁度、单重及尺寸公差等方面，且依其具 体用途而有着不同的侧重要求。
采用图中 1 所示“ 轧制+旋锻+拉伸”加工工 艺路线，将 d 8. 0 mm 的轧制钼棒旋锻成 d 4. 6 mm 规格后，再拉伸为 d 0. 78 mm 的钼丝，并在多道次拉 伸过程中分为设置不同退火点与不设退火点的情 况，按下式分别计算拉伸过程中从 d 4. 6 mm 至退火 点或至 d 0. 78 mm 时的总断面收缩率：
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中国钼业
2006 年 4 月加工尺寸也受到一定限制。3 提高钼丝质量的工艺措施
表 2 开坯方法对 d 0. 78 mm 钼丝力学性能的影响
开坯
抗拉强度
方法 平均值 / MPa 偏差 / %
轧制开坯 860 旋锻开坯 790
3. 2 28. 8
延伸率
平均值 / % 22. 5 14. 5
偏差 / % 2. 15 7. 06
第 30 卷 第 2 期 2005 年 4 月
中国钼业
CHINA MOLYBDENUM INDUSTRY
Vol. 30 No. 2 April 2006
钼丝质量的影响因素分析及工艺改进措施
詹志洪
（ 长沙有色冶金设计研究院，湖南 长沙 410011）
摘 要：在总结多年产品开发及工艺设计的基础上，对影响钼丝质量的主要因素进行了综合分析，并从生产工艺的
/ MPa
2 影响钼丝质量的主要因素及分析
钼丝生产及使用过程中的质量问题主要表现 为：化学成分不合格，特别是 W、Ni 含量超标；加工 性能不佳，易断丝（ 特别是脆断），抗拉强度和延伸 率低；表面光洁度差，有毛刺和微裂纹；尺寸精度不 够，丝长过短或单重过小，等等。对产生这些问题的 原因进行具体分析，可归纳为成分特点、杂质含量、 开坯方法及加工状态等因素的影响。
表 3 退火点设置对 d 0. 78 mm 钼丝力学性能的影响
退火点 设置
断面收缩率 断丝率
/%
/%
于 d 1. 20 mm 处退火 于 d 1. 40 mm 处退火
未设退火点
90. 7 93. 2 97. 1
0. 2 7. 8 25. 6
抗拉强度 / MPa
1 170 1 080 1 180
延伸率 /%
角度提出了原料成分控制、工艺路线选择及加工参数调整、退火点设置等具体的优化改进措施。
关键词：钼丝质量；影响因素；生产工艺；改进措施
中图分类号：TG 146. 412
文献标识码：A
文章编号：1006 - 2602（2006）02 - 0028 - 04
ANALYSIS OF EFFECTS ON Mo WIRE QUALITY AND MEASURES OF TECHNOLOGICAL IMPROVEMENT ZHAN Zhi - hong
ψ =（ S0 - Si ）/ S0 =（ d20 - d2i ）/ d20 式中，S0 和 d0 分别表示拉伸阶段钼丝的初始横 断面积和直径，Si 和 di 则分别代表拉伸至退 火 点 （ 或计算点）时钼丝的横断面积和直径；同时测试整 个拉伸过程的断丝情况及拉伸至 d 0. 78 mm 时丝材 的抗拉强度和延伸率。由表 3 数据可知，钼丝的加 工性能和力学指标与其断面收缩率和退火点的设置 密切相关。
对粉末冶金钼坯条分别采用轧制和旋锻两种方 式开坯，然后进行中间旋锻和多道次拉伸，加工至 d 0. 78 mm 规格并退火处理后，测试其室温力学性能， 结果列于表 2。从表中明显可见，轧制开坯的钼丝 不但抗拉强度和延伸率较高，而且偏差较小，说明其 综合力学性能良好，同时钼丝的质量稳定性也较好。 此外，轧制开坯的生产效率高，在加工大尺寸坯料方 面具有明显优势；而旋锻开坯生产效率较低，坯料的