钨的作用是什么？

钨的主要用途 钨及其合金广泛应用于电子、电光源工业。用于制造各种照明用灯泡，电 子管灯丝使用的是具有抗下垂性能的掺杂钨丝。 掺杂钨丝中添加铼。由含铼量低的钨铼合金丝与含铼量高的钨铼合金丝制 造的热电偶， 其测温范围极宽(0～2500℃)， 温度与热电动势之间的线性关系好， 测温反应速度快(3 秒)，价格相对便宜，是在氢气氛中进行测量的较理想的热电 偶。 钨丝不仅触发了一场照明工业的革命，同时还由于它的高熔点，在不丧失 其机械完整性的前提下， 成为电子的一种热离子发射体， 比如作扫描电(子显微) 镜和透射电(子显微)镜的电子源。还用于作 X 射线管的灯丝。在 X 射线管中， 钨丝产生的电子被加速，使之碰撞钨和钨铼合金阳极，再从阳极上发射出 X 射 线。为产生 X 射线要求钨丝产生的电子束的能量非常之高，因此被电子束碰撞 的表面上的斑点非常之热，故在大多数 X 射线管中使用的是转动阳极。 此外大尺寸的钨丝还用作真空炉的加热元件。 钨的密度为 1925 克/厘米 3 ，约为铁(787 克/厘米 3 )的 25 倍，是周期 系最重的金属元素之一。基于钨的这一特性制造的高密度的钨合金(即高比重钨 合金)已成为钨的一个重要应用领域。 采用液相烧结工艺， 在钨粉中同时加入镍、 铁、铜及少量其他元素，即可制成高密度钨合金。根据组分的不同，高密度钨 合金可分为钨—镍—铁和钨—镍—铜两个合金系。通过液相烧结，其密度可达 17～186 克／厘米

所谓液相烧结是指混合粉末压坯在烧结温度下有一定量 液相存在的烧结过程。其优点在于液相润湿固相颗粒并溶解少量固体物质，大 大加快了致密化和晶粒长大的过程，并达到极高的相对密度。比如对通常在液 相烧结时使用的镍铁粉而言， 当烧结进行时， 镍铁粉熔化。 尽管在固相钨(占 95％ 的体分数)中液态镍铁的溶解度极小，但固态钨却易于溶解在液态镍铁中。一旦 液体镍铁润湿钨粒并溶解一部分钨粉，钨颗粒则改变形状，其内部孔隙当液流 进入时立即消失。过程继续下去，则钨颗粒不断粗化和生长，到最后产生接近 100％致密且具有最佳显微组织的最终产品。 用液相烧结制成高密度钨合金除密度高外还有比纯钨更好的冲击性能，其 主要用途是制造高穿透力的军用穿甲弹。 碳化钨在 1000℃以上的高温仍能保持良好的硬度，是切削、研磨的理想工 具。

1923 年德国的施罗特尔(Schroter)正是利用 WC 的这一特性才发明 WC-Co 硬 质合金的。由于 WC-Co 硬质合金作为切削刀具及拉伸、冲压模具带来了巨大的 商机，很快在 1926～1927 年便实现了工业化生产。简单地说，先将钨粉(或 W03)与碳黑的混合物在氢气或 真空中于一定温度下碳化，即制成碳化钨(WC)，再将 WC 与金属粘结剂钴按一定 比例配料，经过制粉、成型、烧结等工艺，制成刀具、模具、轧辊、冲击凿岩 钻头等硬质合金制品。

目前使用的碳化钨基硬质合金大体上可分为碳化钨—钴、碳化钨—碳化钛 —钴、碳化钨—碳化钛—碳化钽(铌)—钴及钢结硬质合金等四类，在当前全球 每年约 5 万吨钨的消费量中，碳化钨基硬质合金约占 63％。据最近的消息，全 球硬质合金的总产量约 33000 吨/年，消耗钨总供应量的 50％～55％。 钨是高速工具钢、合金结构钢、弹簧钢、耐热钢和不锈钢的主要合金元素， 用于生产特种钢的钨的用量很大。

钨可以通过固溶强化、沉淀强化和弥散强化等方法实现合金化，借以提高 钨材的高温强度、塑性。通过合金化，钨已形成多种对当代人类文明有重大影 响的有色金属合金。 钨中加入铼(3％～26％)能显著提高延展性(塑性)及再结晶温度。某些钨铼 合金经适当高温退火处理后， 延伸率可达到 5％， 远较纯钨或掺杂钨的 1％～3％ 为高。

钨中加入 04％～42％氧化钍(ThO2)形成的钨钍合金，具有很高的热电子发 射能力，可用作电子管热阴极、氩弧焊电极等，但 ThO2 的放射性长期未得到解 决。 我国研制的铈钨(W-CeO2)合金及用 La2O3 和 Y203 作弥散剂制成的镧钨、钇钨合 金(氧化物含量一般在 22％以下)代替 W-Th02 合金， 均已大量用作氩弧焊、 等离 子焊接与切割及非自耗电弧炉等多种高温电极。

钨铜、钨银合金是一种组成元素间并无反应因而不形成新相的粉冶复合材 料。钨银、钨铜合金实际上不是合金，故被视为假合金。钨银合金即是常提及 的渗银钨。此类合金含 20％～70％铜或银，兼有铜、银的优异导电导热性能与 钨的高熔点、耐烧蚀等性能，主要用作火箭喷嘴、电触点及半导体支承件。国 外一种北极星 A-3 导弹的喷嘴就是用渗有 10％～15％银的钨管制造的，重量达 数百千克的阿波罗宇宙飞船用的火箭喷嘴也是钨制造的。

钨钼合金具有比纯钨更高的电阻率、更优异的韧性，已用作电子管热丝、 玻璃密封引出线。钨作为合金元素，在有色金属合金中要提及的还有超合金。 上个世纪 40 年代为适应航空用涡轮发动机对高温材料的需要，在隆隆的炮火中 诞生了超合金。超合金由镍基、钴基、铁基三类特种结构合金组成。它们在高 温(500～1050 ℃)下作业时仍能保持极高的强度、抗蠕变性能、抗氧化性能及 耐蚀性。此外，它们在长达数年的使用期限内，可保证不会断裂，也就是具有 耐高周期疲劳和低周期疲劳的特性。这类性能对人命关天的航空航天产业万分 重要。 目前使用的知名超合金共有 35～40 个牌号，其中相当一部分的主成分之一 为钨

稀土元素是制造被称为“灵巧炸弹”的精确制导武器、雷达和夜视镜等各种武器装备不可缺少的元素。比如，钪是典型的分散元素，钷是自然界中极为稀少的放射性元素。

钨是化学元素，化学符号是W，原子序数是74，是非常硬、钢灰色至白色的过渡金属。含有钨的矿物有黑钨矿和白钨矿等。钨的物理特征非常强，尤其是熔点非常高，是所有非合金金属中最高的。纯钨主要用在电器和电子设备，其许多化合物和合金也用在许多其它应用（最常见的有灯泡的灯丝，在X射线管中以及在高温合金中也有钨使用）

钼（Molybdenum）是一种化学元素，它的化学符号是Mo，它的原子序数是42，是一种灰色的过渡金属。钼的纯金属是银白色，非常坚硬。把少量钼加到钢之中，可使钢变硬。钼是对植物很重要的营养素，也在一些酶之中找得到。

钼钨合金可以在比钼或钼合金更高的温度下使用。如在生产高熔点耐火陶瓷纤维的波歇炉中以钼钨合金作电极、流口及顶针部件时，其使用寿命比纯金属钼制品要长得多。Mo一30W比纯金属钼具有更高的抗锌液浸蚀性能，多用于锌液测温管、锌液泵转子及锌冶炼炉的某些耐蚀部件。钼钨合金由于熔点高、抗烧蚀性能和抗固体粒子的火焰冲蚀性好，也可用于固体火箭发动机的燃气舵和护板等部件。常用的钼钨合金的名义成分为：Mo一30W、Mo一50W和Mo一85W等。钼钨合金可看作是钼与钨之间的过渡合金。因此，该合金可以在钼与钨之间的广阔温度范围内得到应用。

1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量023%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过020%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。

2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有015－030%的硅。如果钢中含硅量超过050-060%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入10－12%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。

3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰030－050%。在碳素钢中加入070%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0045%，优质钢要求更低些。

5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0055%，优质钢要求小于0040%。在钢中加入008-020%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。

7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。

8、 钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。 还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。

9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。

10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加05%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。

12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。

13、钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。

14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过05%塑性显著降低。当铜含量小于050%对焊接性无影响。

15、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

16、硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。

17、氮(N):氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。

18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。

高速走丝线切割机断丝原因的分析及对策

．1 与电极丝相关的断丝

（1）丝张力及走丝速度。对于高速走丝线切割加工，广泛采用0．06～0．25mm的钼丝，因它耐损耗、抗拉强度高、丝质不易变脆且较少断丝。提高电极丝的张力可减少丝振的影响，从而提高精度和切割速度。丝张力的波动对加工稳定性影响很大。产生波动的原因是：贮丝筒上的电极丝正反运动时张力不一样；工作一段时间后电极丝又会伸长，致使张力下降（一般认为张力在12～15N较合适人 张力下降的后果是丝振加剧，极易断丝。

随着走丝速度的提高，在一定范围内，加工速度也会提高。同时走丝速度的提高有利于电极丝把工作液带人较大厚度的工件放电间隙中，有利于电蚀产物的排除和放电加工的稳定。但欲速则不达，走丝速度过高，电极丝抖动严重，反而破坏了加工的稳定性，这不仅使加工速度下降，而且加工精度和表面粗糙度都会变差，并易造成断丝。但走丝速度也不能过低，否则加工时由于损耗大，也易断丝，一般经验以小于10m／s为宜。

（2）电极丝的选择。电极丝的选择不外乎是电极丝的种类及直径。通常电火花线切割加工所用的电极丝材料应具有良好的导电性，电子溢出功应小，抗拉强度大，耐电腐蚀性能好．丝本身不得有弯折和打结现象。其材料通常有钼丝、钨丝、钨钼丝、黄铜丝、铜钨丝等。其中以钼丝和黄铜丝用得最多。采用钨丝加工，可获得较高的加工速度，但放电后丝变脆，易断丝，应用较少。故一般在走丝速度较慢、弱电规准时使用。钼丝熔点、抗拉强度低，但韧性好，在频繁的急冷急热的变化中，丝质不易变脆而断丝，因此，尽管有些性能不如钨丝好，但仍是目前使用最为广泛的一种电极丝。钨钼丝（钨、钼各50％加工效果比前两种都好 故使用寿命和加工速度都比钼丝高，但价格昂贵。铜丝的加工速度高，加工过程稳定，但抗拉强度差，损耗也大，一般在低速走丝线切割加工中使用较多。综上所述，电极丝的种类应根据加工情况而定。否则会常常引起断丝。

对于高速走丝线切割加工，一般电极丝直径在006～0．25mm之间，常用的在0．12～0．18mm之间。需获得精细的形状和很小的圆角半径时，则选择0．04mm的电极丝。电极丝选择得当，会大大减少断丝的发生。

（3）新钼丝及钼丝自断。新钼丝表面有一层黑色氧化物，加工时切割速度快，工件表面呈粗黑色，这时电源能量太大，易断丝。因此对于新钼丝，加工电流需适当减小，等电极丝基本发白后，即可恢复正常电参数。当机床较长时间未用，待使用时，发现钼丝已断。这是温差使材料热胀冷缩，加上钼丝本身的张力作用而绷断。若机床停用，应将贮丝筒摇至末端并松掉钼丝。

1．2 与工件相关的断丝

（1）加工薄工件时的断丝。薄工件一般指其厚度在3mm以下。其断丝的主要原因是：线架上下导丝轮的开距是固定的，一般约70mm左右。当切割薄工件时，在高速走丝的情况下，电极丝失去了加工厚工件时产生的冷却液的阻尼作用，加上火花放电的影响银丝易抖动。解决的办法是，可调整加工电压至50V左右；调整加工电流在0．3A左右，调整脉宽，使之小于10m；减小钢丝抖动，如贮丝筒是直流电机拖动的，可改变电枢电压，降低转速；如是交流电机拖动的，则在三相的任意二相中串接一只10～15、7 5W的线绕电阻，降低相电压，使其换向过渡时间稍长，实现软换向，可有效减少抖动；在上下导轮之间采用辅料加厚的方法，加大厚度，增加阻尼，也可防止钼丝抖动。这种方法较简便，而且不需调整加工电参数。

（2）加工厚工件时的断丝。厚工件一般指大于100mm的工件。切割厚工件时的断丝可能发生在刚进给一产生火花时或工件切割过程中以及工件切完时。断丝的主要原因是：

①切割起始的断丝。从工件外进给切割刚产生火花就断丝。这是因初始切割时，钼丝在工件之外，上下导丝轮开距大，由于钼丝没有阻尼而抖动，使钼丝和工件之间的间隙处于不佳状态，或过量的乳化液，造成绝缘电阻降低，灭弧性能不好，使放电间隙中包含了电弧放电而造成铜丝烧伤。在电火花加工中，电弧放电是造成负极腐蚀损坏的主要因素，再加上间隙不佳，易形成电弧放电。而只要电弧集中于某一段，就会引起断丝。并且，短路电流越大，电弧对钼丝的烧伤越严重，断丝的可能性就越大。②切割过程中的断丝。当钼丝切人工件后，由于切缝窄，乳化液渗透困难，切缝中的电蚀物（碳黑与金属何不出来，使加工条件变坏，往往在切缝中二次。三次地放电加工，致使切缝变宽，和切割薄工件一样，间隙处于不佳状态，使脉冲形成电弧放电。如电弧放电集中于某一段，则很快会把钼丝烧断。③切割快完时的断丝。在快切割完而尚差几毫米，甚至几十微米时断丝。产生这种断丝的原因除上述原因外，还有工件的自重，工件材料的内应力导致的变形，造成夹丝拉断。解决的办法是，可自制简易的工装夹具，材料在加工前作必要的热处理。

（3）工件中夹有不导电物质引起的断丝。外观看似正常的材料在正常切割时，突然发生“短路”现象，不管怎样排除都不能奏效。这种情况多为在锻打或熔炼的材料中夹有杂质，这些杂质不具有良好的导电性，致使加工中不断短路，最终勒断钢丝。解决的办法是，可编制一段每进0．05～0．1mm便后退0．5～1mm的程序，在加工中反复使用，并加大冷却液流量，一般可冲刷掉杂质，恢复正常切割。

（4）线切割加工的工件多数都是在平磨以后，按正常的工艺，平磨后应退磁。若工件未退磁，线切割加工中产生的电腐蚀颗粒易吸附在割缝中，特别是工件较厚时，不退磁易造成切割进给不均匀，表面粗糙度值增大造成短路、断丝。

（5）线切割加工自动对中心时断丝。这是因为工艺孔壁有油污、毛刺或某些不导电的物质，当电极丝移动到孔壁时未火花放电，致使机床不能自动换向，工件将钼丝顶弯，最后勒断钢丝。因此加工前一定要将工艺孔清理干净。

1．3 与脉冲电源相关的断丝

（1）加工电流很大，火花放电异常，导致断丝。这种故障多数是脉冲电源的输出已变为直流输出所致。从脉冲电源的输出级向多谐振荡器逐级检查波形，更换损坏的元件，使输出为合乎要求的脉冲波形时才能投入使用。

（2）输出电流超过限值断丝。在加工过程中火花放电突然变为蓝色的弧光放电，电流超过限值，将钼丝烧断。用示波器测输人端和振荡部分都无波形输出。可判断故障出在振荡部分。检查发现有三极管的。立功极间内部开路，中极间内部击穿，更换此管，高频电源恢复正常。另一种情况也是在加工过程中突然断丝，电流在限值以上。用示波器测量高频电源输出端，其波形幅值减小，并有负波，而脉冲宽度符合要求，测量推动级波形其频率、脉冲宽度及幅值均符合要求。判断故障在功放部分。检查功率管，测得其中一只管子的ce极间内部击穿，使末级电流直接加到钢丝与工件之间引起电弧烧断钼丝。换去该管，恢复正常。

（3）钼丝上出现烧伤点发生断丝。一旦钼丝上出现“疙瘩”状的烧伤点，极易发生断丝现象。一般认为，这是粘附在电极丝上的加工屑（阳极物质）所为，该粘附物起到了使放电集中在电极丝上的作用，此时若冷却散热条件差，就很可能使该处的温度升高，这样一来在连续的放电中就可能继续有其他加工屑粘附在该点附近，如此造成一种恶性循环，最后导致该处发生烧伤现象。

至于为何加工屑会粘附到电极丝上的问题，其主要原因与脉冲参数和放电间隙的冷却状况有关。解决的办法是，可提高脉冲电源的空载电压幅值，或采用双脉冲法门类似于通常所说的分组脉冲），这样可减少加工屑粘附到电极丝上的可能性；加大冷却液流量，改善冷却条件。

（4）钼丝上出现烧蚀点发生断丝。在钢丝额中，每隔一段（约10mm左右）即有一个烧蚀点。轻微的像一个霉点，严重的可明显看到钼丝的烧蚀点。这是由于电极丝与工件间拉弧所造成的，因某种原因使工件上A点与钼丝上B点拉弧，电极丝在运动，A、B二点间的拉弧越拉越长，A点又与最接近的B’点开始拉弧，如此周而复始，即形成有规律间隔的蚀点，使电极丝的强度大大下降。产生这种现象的原因主要是进给系统末级输出不平衡，调整进给系统，这种现象即可消除。

1．4 与走丝装置及工作液相关的断丝

（1）与走丝装置相关的断丝，其根本原因还是该装置精度变差，尤其是异轮的磨损，会增加钼丝的抖动，破坏火花放电的正常间隙，易造成大电流集中放电，从而增加断丝的机会。可从3个方面去检查导轮机构的精度：①导轮V形槽变宽。这会使电极丝在Y轴方向产生往复位移，表现在贮丝筒正反换向时出现不进给或跳进给的现象；②导轮V形槽的底径不圆。这是由于支撑导轮的轴承损坏，加工时钼丝没有进人导轮的V形槽或有污物将导轮卡死，钼丝拉出深槽所致，当用手摇动贮丝筒时会发现电极丝在X轴方向前后移位③导电轴与导电轮接触不好引起断丝。加工中发现电流表指针左右摆动大，进给速度快慢不均匀，有时电流表指针退回到零，控制台进给速度很快，因没有放电，最后将钼丝拉断。这时要更换新的导电轮和导电轴。

（2）对要求切割速度高或大厚度工件，其工作液的配比可适当淡一些约5％～8％的浓度，这样加工较稳定，不易断丝。

（3）工作液脏污，时间用长后综合性能变差是引起断丝的重要原因。实践中，可这样来衡量工作液是否变差：当加工电流为2A左右，其切割速度为40mm2／min左右，每天工作8 h，使用两天后效果最好，继续使用8～10天则易断丝，须更换新的工作液。

（4）有研究认为，用高纯水配置的工作液加工时工作稳定，较少断丝。其原因是估计高纯水在离子交换提纯的过程中去除