CN105750342A - 钨丝的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钨丝的制造方法，其多次实施将钨材料穿通在拉丝模中的拉丝加工，由此制造最终丝径为0.05mm～1.10mm的钨丝，该制造方法的特征在于：将成为钨丝精加工的最终拉丝加工时的钨材料的断面收缩率设定为5％～15％。此外，优选将含有石墨粉末和增稠剂的润滑剂涂布在钨材料的表面而实施上述拉丝加工。根据上述制造方法，能够使作为灯丝等使用的钨丝的表面残余应力降低，从而能够有效地抑制发生在丝上的裂纹或丝径变动。

Description

钨丝的制造方法
本申请是申请日为2008年11月18日、中国申请号为200880117347.7且发明名称为“钨丝的制造方法”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及钨丝的制造方法，特别是涉及能够抑制丝的裂纹断丝或丝径偏差的、可大幅度提高钨丝的制造成品率及制品品质的钨丝的制造方法。
背景技术
以往，钨丝具备优良的耐热性及机械强度，因而作为TV用电子枪的阴极灯丝及各种电极材料、汽车灯、家电设备的照明灯及复印机灯等的灯丝材料，以多种形式用于广泛的领域。以往，这种钨丝一般经由下述制造工艺进行制造。
也就是说，对钨粉末加压以成形成形体，然后对该成形体进行烧结以制造烧结棒(钨烧结体)，接着对该烧结棒实施模锻加工(旋转锻造加工)，从而成形为圆棒状。进而一边对通过上述模锻加工而得到的钨圆棒进行加热，一边穿通拉丝模进行拉丝，实施拉拔加工(拉丝加工)。然后将该拉丝加工重复预定次数，由此制成具有预定丝径的钨丝。
在上述拉丝加工中，为了不使钨丝断丝，能够顺畅地拉丝，在钨材料表面上涂布润滑剂。在这种情况下，由于在1200℃左右的高温下将高熔点金属即钨线加热从而进行拉丝处理，因此作为润滑剂采用耐热性优良的碳系润滑剂。该碳系润滑剂是通过用水溶解石墨粉末，进而添加增稠剂而调配的(参照专利文献1)。
作为灯丝材料的钨丝，由于通电后在高温度下发光，在振动大的环境下使用，因此要求高的耐高温特性及耐振动特性。但是，在用以往的方法制造的钨丝中，在从钨丝的制造工序中向灯丝等制品形态的制造工序中，此外在从装入灯丝的制品的制造工序到形成该制品后，产生丝径不均匀造成的制品性能的波动，或因产生裂纹而使得制品成品率降低，因此要求对该制品品质进行进一步的技术改进。
专利文献1：日本特开平11-86800号公报
发明内容
本发明涉及一种作为最终制品的丝径为0.05mm～1.10mm的钨丝的制造方法，其目的在于提供一种钨丝的制造方法，其特别是严格控制钨丝的拉丝精加工条件，由此抑制钨丝的裂纹断丝和丝径偏差，从而可大幅度提高钨丝的制造成品率及制品品质。
为了实现上述目的，本发明涉及一种钨丝的制造方法，其多次实施将钨材料穿通在拉丝模中的拉丝加工，由此制造最终丝径为0.05mm～1.10mm的钨丝，该制造方法的特征在于：将成为钨丝精加工的最终拉丝加工时的断面收缩率设定为5％～15％。
此外，在上述制造方法中，优选将含有石墨粉末和增稠剂的润滑剂涂布在钨材料上。
再者，在上述制造方法中，优选在丝温度为500℃～1300℃的状态下实施拉丝加工。
此外，在上述制造方法中，优选在将拉丝模加热到300℃～650℃的状态下实施拉丝加工。
再者，在上述钨丝的制造方法中，优选将拉丝速度调整到10m/min～70m/min的范围。
再者，在上述制造方法中，优选在700℃～1300℃的温度范围对钨丝实施退火处理。
再者，在上述制造方法中，优选在长度为50～150mm、具有能够在700℃～1300℃的温度范围进行加热的加热区的加热炉中，使钨丝以10m/min～55m/min的速度通过，由此对钨丝实施退火处理。
再者，在上述制造方法中，优选对丝径为0.3mm以下的钨丝实施所述退火处理。
此外，在上述制造方法中，优选由所有拉丝工序组成的制造工序中的所述润滑剂的比重的变化量为0.05g/cm3以下。这样的钨丝适合用作各种灯丝等的构成材料。
根据本发明的钨丝的制造方法，由于将成为精加工的最终拉丝加工时的钨丝材料的断面收缩率规定在预定的范围，因而能够大幅度降低钨丝因裂纹造成的断丝或丝径的偏差，能够大幅度提高钨丝的制造成品率，而且能够大幅度提高制品品质。
具体实施方式
以下，对本发明的钨丝的制造方法进行具体的说明。
本发明涉及一种钨丝的制造方法，其多次实施将钨材料穿通在拉丝模中的拉丝加工，由此制造最终丝径为0.05mm～1.10mm的钨丝，该制造方法的特征在于：将成为钨丝精加工的最终拉丝加工时的断面收缩率设定为5％～15％。
本发明的钨丝是含有钨和不可避免的杂质的丝(线材)。钨材通常作为不可避免的杂质含有铁或钼。
作为用作灯丝的钨丝，优选钨的纯度为99％以上。此外，更优选钨的纯度为99.9％以上。如果钨的纯度低于99％，则得不到用作灯丝所必须的机械特性及电特性，而且加工特性变差，可能导致裂纹的发生、以及丝径的偏差，因而是不优选的。
对上述成分的钨粉末加压以成形成形体，对该成形体进行烧结以制造烧结棒，接着对该烧结棒实施模锻加工(旋转锻造加工)使其成为圆棒。进而一边对通过上述模锻加工而得到的钨圆棒进行加热，一边穿通拉丝模进行拉拔加工(拉丝加工)。然后将该拉丝加工重复预定次数，由此制成具有预定丝径的钨丝。
在该拉丝加工中，在将钨丝穿通在拉丝模孔内时，施加使其塑性变形的压缩及拉伸应力。此外，在塑性变形后的丝上产生压缩及拉伸的残余应力。该残余应力大多残留在丝表面，如果该表面残余应力较大，则对于电解研磨等后道工序中的加工应力、或对于制品形态中的各种应力产生裂纹，成为使制造成品率降低的原因。
为了降低该残余应力，能够顺畅地实施拉丝加工，在拉丝加工工序中，优选在钨材料的表面上涂布润滑剂。在这种情况下，由于在1200℃左右的高温下将高熔点金属即钨丝加热而进行拉丝处理，因此作为润滑剂优选采用耐热性优良的碳系润滑剂。该碳系润滑剂是通过用水溶解石墨粉末、再添加增稠剂而进行调配的。在拉丝加工后，为了减小残余应力，优选对钨丝实施退火处理。
本发明的要旨在于：在制造最终丝径为0.05mm～1.10mm的钨丝的方法中，实施精加工从而使丝精加工时的钨材料的断面收缩率达到5％～15％。
这里，上述的所谓“精加工”，是指为调整到所希望的丝径而实施的最终的拉丝加工工序(最终的拉丝工序)。如果精加工时的钨材料的断面收缩率低于5％，则拉丝加工次数增加到必要以上，因此从制造成本的角度考虑是不利的。另一方面，如果断面收缩率超过15％，则钨丝的表面残余应力过大，可能导致在后道工序即退火工序的热处理中，不能有效地消除残余应力，从而发生丝断裂，或因拉拔应力增大而使丝径偏差增大化，因而是不优选的。
本发明中的拉丝加工工序优选在丝温度为500℃～1300℃的条件下实施。如果在低于500℃的温度下实施，则丝变形阻力增大，拉丝加工中难以产生塑性变形，成为引起拉丝加工中的断丝或表面残余应力增大的原因。
另一方面，如果拉丝加工工序中的丝温度超过1300℃，则因润滑剂被加热到必要以上，除了容易在拉丝模的孔内部产生烧熔以外，润滑性也降低，因而成为丝径偏差增大的原因，故而是不优选的。
此外，优选拉丝工序在将拉丝模加热到温度为300℃～650℃的状态下实施。如果在拉丝模的温度低于300℃的状态下实施拉丝处理，则丝温度降低，加工应力增大到必要以上，从而发生丝裂纹或使残余应力增加，因而是不优选的。另一方面，在拉丝模的温度超过650℃时，丝温度上升，变形阻力减小，丝径小于预定的丝径，因而是不优选的。
另外，优选上述拉丝工序以10m/min～70m/min的拉丝速度实施。如果拉丝速度低于10m/min，则由于润滑剂被加热到必要以上，因而在拉丝模的孔内部产生烧熔，导致润滑性降低，成为丝径偏差增大的原因，因而是不优选的。此外，如果拉丝速度超过70m/min，则难以将丝均匀地加热到预定的温度，成为引起表面残余应力增大的原因，因而也是不优选的。
本发明的退火处理工序是以消除拉丝工序中发生的丝的残余应力为目的而进行的，优选在700℃～1300℃的温度范围进行。如果在700℃以下，则不能将残余应力充分消除，因而是不优选的。另外，即使在超过1300℃的温度下实施，不仅不能得到在其以上的效果，而且因加热温度升高而引起制造成本升高、设备负荷增大、制造设备的运行成本上升，因而是不优选的。
此外，优选上述退火处理工序在长度为50～150mm、具有可在700℃～1300℃的温度范围加热的加热区的加热炉中，使钨丝以10m/min～55m/min的线速度经过，由此对钨丝实施退火处理。如果该线速度低于10m/min，则热处理效率低，引起制造成本升高，因而是不优选的。另一方面，如果线速度超过55m/min，则不能充分对钨丝进行加热，必要的残余应力的消除变得困难，因而是不优选的。
此外，优选对丝径为0.3mm以下的钨丝实施上述退火处理工序。对于丝径大于0.3mm的钨丝，拉丝加工时的丝温度相对增高，表面残余应力较小，因此未必需要上述的退火处理工序。
此外，本发明中使用的润滑剂的比重在制造工序中的变化量优选为0.05g/cm3以下。润滑剂是以降低拉丝加工中作用于丝的加工应力及残余应力为目的，为了能够顺畅地拉丝通过涂布在丝表面上而使用的。本发明方法中使用的润滑剂是碳系的，是通过用水溶解石墨粉末，进而添加增稠剂而进行调配的，其比重根据要处理的钨丝的丝径而变化，但通常优选为1.0～1.1g/cm3的范围，更优选为1.010～1.080g/cm3的范围。润滑剂的比重在拉丝工序中变化意味着所含有的石墨粉末的含量在变化。
关于润滑剂，通常从其容器向要涂布的丝表面供给恒定量，如果其比重不稳定，则供给给丝表面的碳量也不稳定，因而成为使丝的加工性降低的原因，以致发生裂纹及丝径偏差。如果碳量多，则丝温度降低，因而成为加工性下降的原因。另一方面，在碳量少时，则因润滑性降低而使加工性下降。
正如以上所说明的那样，根据本发明的钨丝的制造方法，由于将成为精加工的最终的拉丝加工时的钨材料的断面收缩率规定在预定的范围，因此能够有效地降低钨丝的表面残余应力，降低后道工序中裂纹的发生及丝径偏差，可大幅度提高钨丝及加工的制品、采用钨丝的制品的制造成品率及制品品质。这样的钨丝可实现高的耐高温特性、耐冲击特性，适合各种灯丝部件。
实施例
[实施例1～5及比较例1～2]
用模具将钨粉末成形，在1400℃的温度下将得到的成形体进行预烧后，在氢气流中于最高3000℃下进行通电烧结，从而制成钨烧结体。
接着，对得到的钨烧结体实施旋转锻造加工及再结晶化处理，从而准备出丝径为1.0mm的钨丝。采用该钨丝，在丝温度：900℃、拉丝模温度：500℃、拉丝速度：50m/min的条件下进行拉丝加工，按表1所示的断面收缩率实施最终的拉丝精加工。
然后，使实施了拉丝精加工的钨丝以30m/min的线速度通过能够加热到温度为1000℃的长为100mm的过热区，实施退火处理，从而分别调配出表1所示的具有作为最终目标的丝径的实施例及比较例的钨丝。此外，在上述拉丝工序中，使用比重为1.05g/cm3的润滑剂。
在制造工序中，随时测定润滑剂比重的变化，计算了制造工序前后的润滑剂比重的变化量。此外，就得到的各实施例及比较例的钨丝，用下述方法对裂纹的发生点数和丝径变动及残余应力进行了评价。
裂纹发生点数的评价方法：以恒定速度(120m/min)卷绕丝，同时采用贯通型的涡流探伤器计数根据按每一丝径设定的测定条件检测的信号数，将其作为裂纹点数。裂纹点数在100以上的为不合格。
丝径变动的评价方法：以恒定速度(120m/min)卷绕丝，同时采用激光丝径测定器由测定值的最大值和最小值之差算出丝径变动幅度。丝径变动幅度在3％以上的为不合格。
残余应力的评价方法：以恒定速度(5m/min)卷绕丝，同时在浓度为10％的氢氧化钠溶液中进行电解研磨处理，从而使其重量减少量达到3～5％，然后根据裂纹发生的有无进行了评价。
测定评价结果见下表1。
表1
由上述表1所示的结果判明：根据将成为精加工的最终拉丝加工时的钨材料的断面收缩率规定为预定的范围(5～15％)而制造的各实施例的钨丝，所有都没有发生裂纹，并且可有效地得到丝径变动率小、丝径偏差也小的高品质的丝。
另一方面还判明：在过大设定断面收缩率的比较例2中，裂纹发生率及丝径变动率大、制品品质低。此外，根据断面收缩率过小、为3％的比较例1的丝，再次确认：裂纹的发生及丝径变动率与实施例一样低，但直至最终丝径的拉丝工序增加，从而制造成本大幅度升高。
[实施例6～25]
相对于丝径为1.0mm的钨丝(钨材料)，通过按与实施例2相同的断面收缩率(10％)进行拉丝加工，而且将丝温度、拉丝模温度、处理速度等设定为表2所示的值而实施拉丝加工及退火处理，分别制造了最终丝径为0.10mm的实施例6～25的钨丝。对得到的各钨丝，测定了裂纹的发生点数和丝径变动及残余应力，得到下表2所示的结果。(也一并示出所述实施例2的结果。)
表2
从上述表1及表2所示的结果判明：在按照本实施例的制造方法调制的各实施例的钨丝中，表面残余应力降低，裂纹的发生也有效地降低。此外，丝径偏差也降低，确认钨丝的品质得以大幅度提高。另外，在比较例1的情况下，尽管丝的品质合格，但拉丝加工的次数增加，在制造成本上为不优选的结果。
根据本发明的钨丝的制造方法，由于将成为精加工的最终拉丝加工时的钨材料的断面收缩率规定在预定的范围，因此能够大幅度降低钨丝因裂纹造成的断丝或丝径偏差，因而能够大幅度提高钨丝的制造成品率，而且能够大幅度提高制品品质。

Claims (7)

1.一种钨丝的制造方法，其多次实施将钨材料穿通在拉丝模中的拉丝加工，由此制造最终丝径为0.05mm～0.5mm的钨丝，该制造方法的特征在于：将成为钨丝精加工的最终拉丝加工时的钨材料的断面收缩率设定为5％以上且低于10％；而且在拉丝加工时，将含有石墨粉末和增稠剂的润滑剂涂布在钨材料的表面上；并且由全部拉丝工序组成的制造工序中的所述润滑剂的比重的变化量为0.05g/cm3以下。
2.根据权利要求1所述的钨丝的制造方法，其特征在于：在丝温度为500℃～1300℃的状态下实施拉丝加工。
3.根据权利要求1或2所述的钨丝的制造方法，其特征在于：在将拉丝模加热到300℃～650℃的状态下实施拉丝加工。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的钨丝的制造方法，其特征在于：将拉丝速度调整到10m/min～70m/min的范围。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的钨丝的制造方法，其特征在于：在700℃～1300℃的温度范围对钨丝实施退火处理。
6.根据权利要求5所述的钨丝的制造方法，其特征在于：在长度为50～150mm、且具有能够在700℃～1300℃的温度范围加热的加热区的加热炉中，通过使钨丝以10m/min～55m/min的线速度通过，对钨丝实施退火处理。
7.根据权利要求5或6所述的钨丝的制造方法，其特征在于：对丝径为0.3mm以下的钨丝实施所述退火处理。
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