1. مقدمة

يتم تشكيل أسلاك التنغستن، التي تتراوح سماكتها من عدة إلى عشرات الميكرومترات، بشكل بلاستيكي على شكل حلزونات وتستخدم في مصادر الضوء المتوهجة والتفريغ. يعتمد تصنيع الأسلاك على تكنولوجيا المسحوق، أي أن مسحوق التنغستن الذي يتم الحصول عليه من خلال عملية كيميائية يتم إخضاعه على التوالي للضغط والتلبيد وتشكيل البلاستيك (التزوير والسحب الدوار). لاحظ أن عملية لف الأسلاك يجب أن تؤدي إلى خصائص بلاستيكية جيدة ومرونة "ليست عالية جدًا". من ناحية أخرى، ونظرًا لظروف استغلال اللوالب، وقبل كل شيء، المقاومة العالية للزحف المطلوبة، فإن الأسلاك المعاد بلورتها ليست مناسبة للإنتاج، خاصة إذا كانت ذات بنية خشنة الحبيبات.

من الممكن تعديل الخواص الميكانيكية والبلاستيكية للمواد المعدنية، على وجه الخصوص، تقليل تصلب العمل القوي دون معالجة التلدين باستخدام التدريب الميكانيكي. تتكون هذه العملية من تعريض المعدن لتشوه متكرر ومتناوب ومنخفض اللدونة. تم توثيق تأثيرات الثني المعاكس الدوري على الخواص الميكانيكية للمعادن، من بين أشياء أخرى، في ورقة Bochniak وMosor [1]، هنا باستخدام شرائح برونزية من القصدير CuSn 6.5%. وقد تبين أن التدريب الميكانيكي يؤدي إلى تليين العمل.
لسوء الحظ، فإن المعلمات الميكانيكية لأسلاك التنغستن المحددة في اختبارات الشد البسيطة أحادية المحور غير كافية للتنبؤ بسلوكها في عملية إنتاج اللوالب. غالبًا ما تتميز هذه الأسلاك، على الرغم من خواصها الميكانيكية المتشابهة، بقابلية مختلفة لللف بشكل كبير. ولذلك، عند تقييم الخصائص التكنولوجية لسلك التنغستن، تعتبر نتائج الاختبارات التالية أكثر موثوقية: لف الأسلاك الأساسية، الالتواء أحادي الاتجاه، ضغط حافة السكين، الثني والتمدد، أو النطاقات القابلة للعكس [2] . في الآونة الأخيرة، تم اقتراح اختبار تكنولوجي جديد [3]، حيث يتم تعريض السلك إلى التواء متزامن مع التوتر (اختبار TT)، وتكون حالة الإجهاد - في رأي المؤلفين - قريبة من تلك التي تحدث في عملية الإنتاج من الخيوط. علاوة على ذلك، أظهرت نتائج اختبارات TT التي أجريت على أسلاك التنغستن بأقطار مختلفة قدرتها على توقع سلوكها اللاحق أثناء العمليات التكنولوجية [4، 5].

الهدف من العمل المقدم هنا هو الإجابة على سؤال ما إذا كان، وإلى أي مدى، يمكن أن يؤدي استخدام معالجة تشوه التدوير (CDT) على سلك التنغستن عن طريق الثني المتعدد الأطراف المستمر باستخدام طريقة القص [6]، إلى تعديل خصائصه الميكانيكية والتكنولوجية. خصائص مهمة.

بشكل عام، التشوه الدوري للمعادن (على سبيل المثال، عن طريق التوتر والضغط أو الانحناء الثنائي) قد يكون مصحوبًا بعمليتين هيكليتين مختلفتين. الأول هو سمة للتشوه بسعات صغيرة و

يتضمن ما يسمى بظاهرة التعب، مما يؤدي إلى تحول المعدن شديد الصلابة إلى معدن مخفف بالإجهاد قبل حدوث تدميره [7].

العملية الثانية، المهيمنة أثناء التشوه بسعات عالية الضغط، تنتج تجانسًا قويًا لشرائط القص المولدة للتدفق البلاستيكي. ونتيجة لذلك، يحدث تفتت جذري للهيكل المعدني، وعلى وجه الخصوص، تكوين حبيبات نانوية الحجم، وبالتالي زيادة كبيرة في خواصه الميكانيكية على حساب قابلية التشغيل. يتم الحصول على مثل هذا التأثير على سبيل المثال، من خلال طريقة التمويج والتقويم المتكررة المستمرة التي طورها Huang et al. [8]، والتي تتكون من تمرير (دحرجة) شرائط متعددة ومتناوبة بين اللفات “المسننة” والملساء، أو بطريقة أكثر تطورًا، وهي طريقة الثني المستمر تحت الشد [9]، حيث يكون الشريط الممدود منعكس بسبب الحركة العكسية على طول مجموعة اللفات الدوارة. بالطبع، يمكن أيضًا الحصول على التجزئة الواسعة للحبيبات أثناء التشوه الرتيب مع إجهاد كبير، وذلك باستخدام ما يسمى بطرق التشوه البلاستيكي الشديد، على وجه الخصوص، طرق البثق الزاوي المتساوي القناة [10] التي غالبًا ما تستوفي شروط التشوه البسيط. قص المعدن . ولسوء الحظ، يتم استخدامها بشكل رئيسي على نطاق المختبر، وهذا غير ممكن من الناحية الفنية

لاستخدامها للحصول على خواص ميكانيكية محددة للشرائط أو الأسلاك الطويلة.

كما تم إجراء بعض المحاولات لتقييم تأثير القص المتغير دوريًا المطبق مع تشوهات الوحدات الصغيرة على القدرة على تنشيط ظاهرة التعب. نتائج الدراسات التجريبية التي أجريت [11] على شرائح من النحاس والكوبالت عن طريق الانحناء المعاكس مع القص أكدت الفرضية المذكورة أعلاه. على الرغم من سهولة تطبيق طريقة الثني المعاكس مع القص على الأجزاء المعدنية المسطحة، إلا أن التطبيق المباشر للأسلاك ليس له معنى، لأنه بحكم التعريف لا يضمن الحصول على بنية متجانسة، وبالتالي خصائص متطابقة على الأجزاء المعدنية المسطحة. محيط السلك (مع نصف قطر موجه بشكل تعسفي). لهذا السبب، تستخدم هذه الورقة طريقة حديثة ومبتكرة لـ CDT مصممة للأسلاك الرفيعة، استنادًا إلى الثني المتعدد الأطراف المستمر مع القص.

الشكل 1: مخطط عملية التدريب الميكانيكي للأسلاك:1 سلك التنغستن,2 لفائف مع سلك لفك،3 نظام من ستة يموت الدوارة،4 لفائف متعرجة,5 كسر الوزن، و6 الفرامل (اسطوانة فولاذية مع شريط من البرونز القصدير حولها)

2. التجربة

تم إجراء CDT من سلك التنغستن الذي يبلغ قطره 200 ميكرومتر على جهاز اختبار مصمم خصيصًا والذي يظهر مخططه في الشكل 1. سلك غير ملفوف (1) من الملف

(2) بقطر 100 مم، تم إدخاله في نظام مكون من ستة قوالب (3)، مع فتحات بنفس قطر السلك، والتي تم تثبيتها في مبيت مشترك وتدور حول المحور بسرعة 1350 دورة/ دقيقة. بعد مروره بالجهاز، يتم لف السلك على الملف (4) بقطر 100 مم ويدور بسرعة 115 لفة/دقيقة. تحدد المعلمات المطبقة أن السرعة الخطية للسلك بالنسبة للقوالب الدوارة هي 26.8 مم/دورة.

يعني التصميم المناسب لنظام القوالب أن كل قالب ثانٍ يدور بشكل لامركزي (الشكل 2)، وأن كل قطعة من الأسلاك تمر عبر القوالب الدوارة تخضع لثني متعدد الأطراف مستمر مع القص الناتج عن الكي على حافة السطح الداخلي للقوالب.

الشكل 2: تخطيط تخطيطي للقوالب الدوارة (مُسمى بالرقم3 في الشكل 1)

الشكل 3: نظام القوالب: نظرة عامة؛ ب الأجزاء الأساسية:1 يموت مركزية,2 يموت غريب الأطوار,3 حلقات فاصل

كان السلك غير الملفوف تحت تأثير الضغط الأولي بسبب تطبيق التوتر، والذي لا يحميه من التشابك فحسب، بل يحدد أيضًا المشاركة المتبادلة لتشوه الانحناء والقص. كان من الممكن تحقيق ذلك بفضل المكابح المثبتة على الملف على شكل شريط من البرونز والقصدير مضغوط بوزن (المحدد بالرقم 5 و6 في الشكل 1). ويبين الشكل 3 مظهر تدريب الجهاز عند طيه، وكل مكون من مكوناته. تم إجراء تدريب الأسلاك بوزنين مختلفين:

4.7 و8.5 نيوتن، ما يصل إلى أربعة تمريرات عبر مجموعة القوالب. بلغ الإجهاد المحوري على التوالي 150 و 270 ميجا باسكال.

تم إجراء اختبار الشد للسلك (سواء في الحالة الأولية أو المدربة) على آلة اختبار Zwick Roell. كان طول مقياس العينات 100 ملم وكان معدل إجهاد الشد

8 × 10^-3 s^-1. وفي كل حالة، نقطة قياس واحدة (لكل

من المتغيرات) يمثل خمس عينات على الأقل.

تم إجراء اختبار TT على جهاز خاص يظهر مخططه في الشكل 4 الذي قدمه Bochniak et al. (2010). تم وضع مركز سلك التنغستن (1) بطول 1 م في الماسك (2)، ومن ثم طرفيه، بعد مروره على لفات التوجيه (3)، وربط الأوزان (4) وزن كل منها 10 نيوتن، وقد تم حظره في المشبك (5). أدت الحركة الدوارة للمصيدة (2) إلى لف قطعتين من الأسلاك

(ملفوفة على نفسها)، ذات نهايات ثابتة للعينة المختبرة، تم تنفيذها مع زيادة تدريجية في إجهادات الشد.

وكانت نتيجة الاختبار عدد التقلبات (N_T) اللازمة لتمزيق السلك وعادةً ما تحدث في الجزء الأمامي من التشابك المشكل، كما هو مبين في الشكل 5. تم إجراء عشرة اختبارات على الأقل لكل متغير. بعد التدريب، كان للسلك شكل متموج قليلاً. ويجب التأكيد على أنه وفقًا لأوراق بوشنياك وبييلا (2007) [4] وفيليبيك (2010)

[5] يعد اختبار TT طريقة بسيطة وسريعة ورخيصة لتحديد الخصائص التكنولوجية للأسلاك المخصصة لللف.

الشكل 4: مخطط اختبار TT:1 سلك تم اختباره,2 يتم تدوير المصيد بواسطة محرك كهربائي، إلى جانب جهاز التسجيل الملتوي،3 لفات دليل,4الأوزان,5 فكي لقط نهايات الأسلاك

3. النتائج

يظهر في الشكلين تأثير التوتر الأولي وعدد التمريرات في عملية CDT على خصائص أسلاك التنغستن. 6 و 7. يوضح التشتت الكبير للمعلمات الميكانيكية التي تم الحصول عليها من الأسلاك مدى عدم تجانس المادة التي تم الحصول عليها بواسطة تقنية المسحوق، وبالتالي فإن التحليل الذي تم إجراؤه يركز على اتجاهات التغيرات في الخواص المختبرة وليس على قيمها المطلقة.

يتميز سلك التنغستن التجاري بمتوسط ​​قيم إجهاد الخضوع (YS) الذي يساوي 2,026 ميجا باسكال، وقوة الشد القصوى (UTS) البالغة 2,294 ميجا باسكال، واستطالة إجمالية تبلغ 2,026 ميجا باسكال.

A≈2.6% و N_Tبقدر 28. بغض النظر عن

من حجم التوتر المطبق، ينتج عن CDT مقدار صغير فقط

انخفاض UTS (لا يتجاوز 3٪ للسلك بعد أربع تمريرات)، وكلا YS وA تظل نسبيًا على نفس المستوى (الشكلان 6 أ-ج و7 أ-ج).

الشكل 5: منظر لسلك التنغستن بعد الكسر في اختبار TT

الشكل 6: تأثير التدريب الميكانيكي (عدد التمريرات ن) على الميكانيكية (أ-ج) والتكنولوجية (د) (المحددة بواسطة N_Tفي اختبار TT) خصائص سلك التنغستن؛ قيمة الوزن المرفقة 4.7 ن

يؤدي CDT دائمًا إلى زيادة كبيرة في عدد لفات الأسلاك N_T. على وجه الخصوص، بالنسبة للتمريرتين الأوليين، N_Tتصل إلى أكثر من 34 لشد 4.7 نيوتن وحوالي 33 لشد 8.5 نيوتن. وهذا يمثل زيادة بنسبة 20% تقريبًا بالنسبة للسلك التجاري. يؤدي تطبيق عدد أكبر من التمريرات إلى زيادة أخرى في N_Tفقط في حالة التدريب تحت شد قدره 4.7 نيوتن. يُظهر السلك بعد أربع تمريرات متوسط ​​قوة الشد N_Tتتجاوز 37، والتي، مقارنة بالسلك في حالته الأولية، تمثل زيادة تزيد عن 30%. إن التدريب الإضافي للسلك عند توترات أعلى لن يغير حجم N الذي تم تحقيقه سابقًا_Tالقيم (الشكلان 6 د و 7 د).

4. التحليل

تظهر النتائج التي تم الحصول عليها أن الطريقة المستخدمة لسلك التنغستن CDT عمليا لا تغير معلماتها الميكانيكية المحددة في اختبارات الشد (لم يكن هناك سوى انخفاض طفيف في قوة الشد النهائية)، ولكنها زادت بشكل كبير من قوتها.

الخصائص التكنولوجية مخصصة لإنتاج اللوالب. ويمثل ذلك عدد التقلبات في اختبار TT. وهذا يؤكد نتائج الدراسات السابقة التي أجراها بوشنياك وبييلا (2007).

[4] حول عدم تقارب نتائج اختبار الشد مع السلوك الملحوظ للأسلاك في عملية إنتاج الحلزونات.

يعتمد تفاعل أسلاك التنغستن على عملية CDT بشكل كبير على التوتر المطبق. عند قوة التوتر المنخفض، يلاحظ نمو مكافئ في عدد اللفات مع عدد التمريرات، بينما يؤدي تطبيق قيم أكبر للتوتر (بالفعل بعد تمريرتين) إلى تحقيق حالة التشبع واستقرار التكنولوجيا التي تم الحصول عليها مسبقًا الخصائص (الشكلان 6 د و 7 د).

إن مثل هذه الاستجابة المتنوعة لسلك التنغستن تؤكد حقيقة أن حجم التوتر يحدد التغير الكمي في كل من حالة الإجهاد وحالة التشوه للمادة، وبالتالي سلوكها المرن اللدن. يؤدي استخدام توتر أعلى أثناء عملية ثني البلاستيك في تمرير الأسلاك بين القوالب المنحرفة المتعاقبة إلى نصف قطر ثني السلك أصغر؛ وبالتالي، فإن الانفعال البلاستيكي في اتجاه عمودي على محور السلك المسؤول عن آلية القص يكون أكبر ويؤدي إلى تدفق بلاستيكي موضعي في أشرطة القص. من ناحية أخرى، يؤدي التوتر المنخفض إلى حدوث عملية CDT للسلك بمشاركة أكبر من الانفعال المرن (أي أن جزء الانفعال البلاستيكي أصغر)، مما يفضل هيمنة التشوه المتجانس. تختلف هذه المواقف بشكل واضح عن تلك التي تحدث أثناء اختبار الشد أحادي المحور.

وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن CDT يعمل على تحسين الخصائص التكنولوجية فقط للأسلاك ذات الجودة الكافية، أي التي لا تحتوي على عيوب داخلية كبيرة (المسام، والفراغات، والتقطعات، والشقوق الصغيرة، وعدم وجود التصاق مستمر كافٍ عند حدود الحبوب، وما إلى ذلك). .) الناتجة عن إنتاج الأسلاك بواسطة تعدين المساحيق. خلاف ذلك، فإن التشتت المتزايد للقيمة التي تم الحصول عليها من التقلبات N_Tجنبا إلى جنب مع الزيادة في عدد التمريرات يشير إلى تعميق التمايز في هيكل السلك في أجزائه المختلفة (في الطول)، وبالتالي قد يكون أيضًا بمثابة معيار مفيد لتقييم جودة السلك التجاري. وستكون هذه المشاكل موضوع التحقيقات المستقبلية.

الشكل 7. تأثير التدريب الميكانيكي (عدد التمريرات ن) على الميكانيكية (أ-ج) والتكنولوجية (د) (المحددة بواسطة N_Tفي اختبار TT) خصائص سلك التنغستن؛ قيمة الوزن المرفقة 8.5 ن

5. الاستنتاجات

1، يعمل CDT لأسلاك التنغستن على تحسين خصائصها التكنولوجية، كما هو محدد في اختبار الالتواء مع التوتر بواسطة N_Tقبل الكسر.

2، زيادة N_Tيتم الوصول إلى المؤشر بحوالي 20٪ بواسطة سلك يخضع لسلسلتين من CDT.

3، إن حجم توتر السلك في عملية CDT له تأثير كبير على خصائصه التكنولوجية التي تحددها قيمة N_Tفِهرِس. تم الوصول إلى أعلى قيمة له بواسطة سلك تعرض لشد طفيف (إجهاد الشد).

4، إن استخدام كل من التوتر العالي ودورات أكثر من الانحناء متعدد الأطراف مع القص ليس له ما يبرره لأنه يؤدي فقط إلى تثبيت القيمة التي تم الوصول إليها مسبقًا لـ N_Tفِهرِس.

5، لا يصاحب التحسن الكبير في الخصائص التكنولوجية لسلك التنغستن CDT تغيير في المعلمات الميكانيكية المحددة في اختبار الشد، مما يؤكد الاعتقاد السائد في انخفاض قابلية الاستخدام لهذا الاختبار لتوقع السلوك التكنولوجي للسلك.

تظهر النتائج التجريبية التي تم الحصول عليها مدى ملاءمة CDT لسلك التنغستن لإنتاج اللوالب. على وجه الخصوص، واستنادًا إلى الطريقة المستخدمة لزيادة طول السلك بشكل متتابع، فإن الانحناء الدوري ومتعدد الاتجاهات مع إجهاد قليل، يؤدي إلى تخفيف الضغوط الداخلية. لهذا السبب، هناك قيود على ميل السلك إلى الانكسار أثناء تشكيل البلاستيك للدوائر. ونتيجة لذلك، تم التأكيد على أن تقليل كمية النفايات في ظل ظروف التصنيع يزيد من كفاءة عملية الإنتاج عن طريق التخلص من وقت التوقف عن العمل في معدات الإنتاج الآلية التي يجب فيها تنشيط توقف الطوارئ "يدويًا" بعد قطع السلك. من قبل المشغل.