钨(tungsten，Wolfram)

一种熔点最高的难熔金属材料。元素符号w，原子序数74，原子量183．85，元素周期表ⅥB族，银白包金属。钨可加工成钨杆、钨丝、钨板、钨箔、钨管等，也可制成钨合金、钨银材料与钨铜材料、钨一氧化物材料、钨单晶、钨制品等。

简史       1781年瑞典化学家舍勒(C．W．scheele)发现一种你为“重石”的矿物是由钙和一种未知的元素的酸组成，后来称该元素为“tungsten”。1983年，西班牙人德卢亚尔兄弟(J．J．and F．de  Elhuyar)用碳还原钨(杨德钧)酸的方法，首次制得了金属钨。1909年，美国人库利吉(W．D．Coolidgc)采用粉末冶金方法制成坯料，经旋锻、拉拔工艺制成了灯泡钨丝。随着延性钨工业生产方法的出现，钨在电灯及电气工业等方面得到了广泛的应用。中国的钨储量和产量居世界首位。中国钨的冶金与加工工业是在1949年以后发展起来的，现已形成较完整的地质、矿山、冶金、加工的工业体系。可以生产各种钨粉、钨加工材、钨合金、钨单晶与制品等。

性质      主要介绍物理性质、化学性质和力学性能。

物理性质     如表1。

化学性质       金属钨在空气中十分稳定，在400C时轻微氧化，高于500^oC～600^oC则迅速氧化生成WO₃。钨不与氢气发生反应，钨的氧化物在加热后可被氢还原成金属。一般不与氮反应，仅在2000C以上生成WN₂。600^oC以上的钨与水蒸气反应生成WO₃。钨在常温下与氟反应，在250^oC以上与氯反应。钨与碳和含碳气体(如CH₄等)在800～1000^oC开始反应，1400～1600^oC碳化反应迅速，生成W₂C和WC。常温下钨在任意浓度的盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸、工水中都比较稳定，但在氢氟酸与硝酸的混合液中迅速溶解。在80～100^oC时．硝酸和王水对它有明显的腐蚀，与盐酸、硫酸反应微弱。室温下不与NaOH、KOH溶液反应。当有氧化剂(如KNO₃ )存在时，熔融碱与钨反应剧烈，生成钨酸盐。

力学性能    钨材的抗拉强度与塑性变形程度有关，各种加工钨材的抗拉强度如表2。0.5mm厚度钨片高温拉伸性能如表3。钨的塑性一瞻性转变温度高，一股在200～500^oC，受纯度、变形程度、热处理状态和组织结构等影响，如高纯钨的塑性脆性转变温度可降到室温以下。单晶钨丝的伸长率可达20％以上，而普通钨丝仅为0～4％。钨的硬度．随加工程度而变，如φ6mm棒材HRC(MPa)为363，φ1.3mm时为432，厚0.25mm板材为46l。钨的弹性模量，在常温时为407GPa，1600^oC为336GPa，2400^oC时则为223GPa。钨的泊松比常温时为0.284。

制备方法      各种钨材可通过轧制、旋锻、拉拔、旋压以及挤压、锻造等塑性加工技术而获得。但由于钨的熔点高、变形抗力大，硬度和塑一脆转变温度高于‘般金属。因此必须控制好原料及坯料质量，选择合适的设备与合理的工艺。

坯料制备    目前工业上主要采取粉末冶金方法制备坯料，其具体工艺参数依原料状况和钨坯品种而异。首先要控制好原料钨粉的纯度、平均粒度和粒度分布等。对合金粉末还要控制好添加成分的纯度、数量及分布状况等。粉坯的成彤，可选用钢模压制或等静压压制。前者多用于生产棒条状钨坯，后者多用于板、管及异形件钨坯。压制压力一般为200～600MPa。对棒条状钨还可用直接通电烧结。先在氢气炉中经1050～11500^oC，0.5～2h预结，净化坯条并增加其强度。然后在氢气重熔炉中坯条直接通电加热烧结。逐渐加大电流，升高温度，排除杂质，最后达到90％的熔断电流(约：3000^oC左右)烧结0.5～2h，以获得均匀细小的晶粒组织，并达到17.5～18.6g/cm³密度的坯条。对不适宜直接通电加热的坯料，可用高温氯气或真空的中频炉或电阻炉烧结。烧结温度2100～2700^oC，保温6～10h。电弧熔炼、电子束熔炼也可制成钨及钨合金铸锭，杂质含量可降低些，但晶粒粗大，加工旧难，需热挤压开坯。采用电子束区域悬浮熔炼可制取纯度在4N以上的高纯钨和具有‘定结晶方向的钨单晶。

望性加工    (1)钨忏、钨丝的生产。常肘的传统疗法是旋锻开坯。将烧结钨条在氯气炉中加热到1500～1600^oC，在旋锻机中开坯。开始时道次加工率应小些，随后逐渐加大，使变形均匀。在断面减缩到一定尺寸(一般总变形量大于50％)之后需进行再结晶退火，退火温度一般为1800～2500^oC，以获得均匀、细小、完全的再结晶组织。对大尺寸坯条则需两三次再结晶中间退火。退火加热可哟用直接电阻加热或高频感应加热。经连续在大、中、小型号的旋锻饥上逐渐加工成币φ3.0mm左右的锻杆。旋锻温度也逐渐降至1150～1250^oC。钨汗的生产还可采用孔型轧机、行星式轧机和近年发展的Y型轧机轧制。采用连轧厅式，道次加工量大，变形均匀，坯料加热道次少．生产效率高，有逐渐取代旋压工艺的趋势。对φ3mm左右的钨杆继续减径，采用拉拔的方式。涂覆石墨乳润滑与保护，加热到1250^oC左有，在链式拉伸机上拉拔。当丝住减到1.3mm左右后，再经多台卷挠式拉丝机多次拉拔与数次退火，丝径减到0.038～0.01mm。拉丝温度也逐渐降到500～400^oC(见钨丝)。(2)鸨板、钨片及钨箔的生产。采用热、温、冷轧工艺。粉末烧结坯料的密度应在93％以上。开始热轧温度为1550～1600^oC，氧气炉中加热。轧辊预热至200～350^oC，道次加工率应达25％～30％，总加工率应达50％～60％以上。终轧温度应低于再结晶温度100^oC左右为宜。温轧即在钨的再结晶温度以下加热轧制。在轧制工艺中进行高温回复退火，消除加工硬化与残余应力。轧制温度随钨板的厚度减薄而降低，由1200^oC逐渐降到200^oC。温轧后总加工率应达约90％～95％。冷轧轧辊一般预热到100～150^oC，道次加工率应小于10％，可轧到箔材。在热轧过程中常涂石墨乳、二硫化钼，起润滑保护作用。(3)钨管的制备。可选用多种工艺，如旋压、挤压、拉伸、化学气相沉积。旋压工艺中，选用烧结密度在92％理论密度以上的钨管坯，开始旋压温度为900～1100^oC，芯棒温度为550～650^oC。芯棒材料可选用高温合金、TZM钼合金或硬质合金。成品旋压温度为600～700^oC，芯棒温度为400～450^oC。化学气相沉积方法，是利用钨的气相卤化物(WF₆、WCl₆)在加热的芯管上与H₂反应生成纯钨，沉积成管，然后用酸洗方法除去芯管，制成钨管。采用粉末冶金、化学气相沉积、热压等技术还可制成各种异型件和粉末冶金制品。

钨材料的机加工由于钨的硬度高，缺口敏感性强，常在机械加工时把工件加热到塑一脆转变温度之上，用硬质合金刀具切削为宜。某些钨合金如高密度钨合金、钨铜合金可常温机加工。

用途       钨以纯金属、合金及复合材料的形式广泛用于电光源和电子管的灯丝、电极、x光管阳极、电触点、半导体衬底、溅射靶材、真空高温炉部件、火箭喷管及其他部件，如穿甲弹体、辐射屏蔽材料、惯性部件等，钨还大量用作硬质合金和工具钢、耐热钢之中。