1. Uvod

Volframove žice, debljine od nekoliko do desetina mikrometara, plastično se oblikuju u spirale i koriste se za žarulje i izvore svjetlosti na pražnjenje. Proizvodnja žice se zasniva na tehnologiji praha, tj. prah od volframa dobijen hemijskim procesom se sukcesivno podvrgava presovanju, sinterovanju i plastičnom oblikovanju (rotaciono kovanje i izvlačenje). Imajte na umu da proces namotavanja žice mora rezultirati dobrim plastičnim svojstvima i "ne previsokom" elastičnošću. S druge strane, zbog uvjeta eksploatacije spirala, a prije svega zbog potrebne visoke otpornosti puzanja, rekristalizirane žice nisu pogodne za proizvodnju, posebno ako imaju krupnozrnastu strukturu.

Modificiranje mehaničkih i plastičnih svojstava metalnih materijala, posebno smanjenje snažnog očvršćavanja bez obrade žarenjem moguće je korištenjem mehaničkog treninga. Ovaj proces se sastoji od podvrgavanja metala ponavljanim, naizmjeničnim i niskoplastičnim deformacijama. Učinci cikličke kontrafleksije na mehanička svojstva metala dokumentirani su, između ostalog, u Bochniak i Mosorovom [1] radu, gdje se koriste trake od CuSn 6,5 % kalajne bronze. Pokazalo se da mehanička obuka dovodi do omekšavanja rada.
Nažalost, mehanički parametri volframovih žica određeni jednostavnim jednoosnim vlačnim ispitivanjima daleko su nedovoljni da se predvidi njihovo ponašanje u procesu proizvodnje spirala. Ove žice, unatoč sličnim mehaničkim svojstvima, često se odlikuju značajno različitom osjetljivošću na namotavanje. Stoga se pri ocjeni tehnoloških karakteristika volframove žice pouzdanijim smatraju rezultati sljedećih ispitivanja: namotavanje žice jezgre, jednosmjerna torzija, kompresija ivica noža, savijanje i rastezanje ili reverzibilno namotavanje [2] . Nedavno je predloženo novo tehnološko ispitivanje [3], u kojem je žica podvrgnuta istovremenoj torziji sa zatezanjem (TT test), a stanje naprezanja je, po mišljenju autora, blisko onome koje se javlja u procesu proizvodnje. filamenata. Nadalje, rezultati TT ispitivanja provedenih na volfram žicama različitih promjera pokazali su njegovu sposobnost da predvidi njihovo kasnije ponašanje tijekom tehnoloških procesa [4, 5].

Cilj ovog rada je dati odgovor na pitanje može li i da li, u kojoj mjeri, primjena ciklične deformacijske obrade (CDT) na volframskoj žici kontinuiranim višestranim savijanjem metodom smicanja [6], može modificirati njenu mehaničku i tehnološku obradu. važna svojstva.

Uopšteno govoreći, ciklička deformacija metala (npr. zatezanjem i kompresijom ili bilateralnim savijanjem) može biti praćena sa dva različita strukturna procesa. Prvi je karakterističan za deformacije sa malim amplitudama i

uključuje takozvane fenomene zamora, što dovodi do toga da se jako kaljeni metal pretvara u omekšani deformacijom prije nego što dođe do njegovog razaranja [7].

Drugi proces, dominantan tijekom deformacije s velikim amplitudama deformacija, proizvodi snažnu heterogenizaciju posmičnih traka koje stvaraju plastično strujanje. Posljedično, dolazi do drastične fragmentacije metalne strukture, posebno do formiranja zrna nano veličine, čime se značajno povećavaju njena mehanička svojstva na račun obradivosti. Takav efekat se postiže npr. metodom kontinuiranog repetitivnog nabora i ispravljanja koju su razvili Huang et al. [8], koji se sastoji od višestrukog, naizmjeničnog, prolaska (valjanja) traka između „zupčanih“ i glatkih valjaka, ili na sofisticiraniji način, što je metoda kontinuiranog savijanja pod zatezanjem [9], gdje se rastegnuta traka je kontrafleksan zbog reverzibilnog kretanja duž svoje dužine skupa rotirajućih valjaka. Naravno, ekstenzivna fragmentacija zrna može se postići i tokom monotone deformacije sa velikim naprezanjem, koristeći tzv. metode teške plastične deformacije, posebno metode Equal Channel Angular Extrusion [10] koje najčešće zadovoljavaju uslove jednostavne smicanje metala. Nažalost, uglavnom se koriste u laboratorijskim razmjerima i to tehnički nije moguće

da ih koriste za dobijanje specifičnih mehaničkih svojstava dugih traka ili žica.

Učinjeni su i neki pokušaji da se procijeni utjecaj ciklički promjenjivog posmika primijenjenog s malim jediničnim deformacijama na sposobnost aktiviranja fenomena zamora. Rezultati eksperimentalnih istraživanja provedenih [11] na trakama od bakra i kobalta kontrafleksom sa smicanjem potvrdili su gornju tezu. Iako je metodu kontrafleksije sa smicanjem prilično lako primijeniti na ravne metalne dijelove, direktnija primjena za žice nema smisla, jer, po definiciji, ne garantuje dobijanje homogene strukture, a time i identičnih svojstava na obim (sa proizvoljno orijentisanim radijusom) žice. Iz tog razloga, ovaj rad koristi novoformiranu i originalnu metodu CDT dizajniranu za tanke žice, zasnovanu na kontinuiranom višestranom savijanju sa smicanjem.

Slika 1 Šema procesa mehaničkog treninga žica:1 volframova žica,2 kalem sa žicom za odmotavanje,3 sistem od šest rotirajućih kalupa,4 zavojnica,5 prelomna težina, i6 kočnica (čelični cilindar sa trakom od limene bronze oko njega)

2. Eksperimentirajte

CDT volfram žice prečnika 200 μm izveden je na posebno konstruisanom ispitnom uređaju čija je šema prikazana na sl. 1. Nenamotana žica (1) iz namotaja

(2) prečnika 100 mm, uveden je u sistem od šest kalupa (3), sa rupama istog prečnika kao i žica, koje su učvršćene u zajedničko kućište i rotiraju oko ose brzinom od 1.350 okr/ min. Nakon prolaska kroz uređaj, žica je namotana na kalem (4) prečnika 100 mm koji je rotirao brzinom od 115 o/min. Primijenjeni parametri odlučuju o linearnoj brzini žice u odnosu na rotirajuću matricu je 26,8 mm/okr.

Odgovarajući dizajn sistema kalupa značio je da se svaka druga matrica okreće ekscentrično (sl. 2), a svaki komad žice koji prolazi kroz rotirajuće kalupe je podvrgnut kontinuiranom višestranom savijanju uz smicanje indukovano glačanjem na rubu unutrašnje površine kalupa.

Slika 2 Šematski izgled rotirajućih kalupa (označenih brojem3 na slici 1)

Slika 3 Sistem kalupa: opšti pogled; b osnovni dijelovi:1 centrične matrice,2 ekscentric umre,3 odstojni prstenovi

Nenamotana žica je bila pod utjecajem početnog naprezanja uslijed primjene zatezanja, što ne samo da je štiti od zaplitanja, već određuje i međusobno učešće deformacija savijanja i smicanja. To je bilo moguće postići zahvaljujući kočnici postavljenoj na zavojnicu u obliku trake od limene bronze pritisnute utegom (označene kao 5 i 6 na sl. 1). Slika 3 prikazuje izgled uređaja za treniranje kada je preklopljen i svaku njegovu komponentu. Trening žica je izveden sa dvije različite težine:

4,7 i 8,5 N, do četiri prolaza kroz set kalupa. Aksijalno naprezanje iznosilo je 150 odnosno 270 MPa.

Ispitivanje zatezanja žice (i u početnom stanju i u obučenoj) izvedeno je na Zwick Roell mašini za ispitivanje. Dužina uzorka je 100 mm, a vlačna deformacija je bila

8×10⁻³ s⁻¹. U svakom slučaju, jedna mjerna točka (za svaku

od varijanti) predstavlja najmanje pet uzoraka.

TT test je izveden na posebnom aparatu čija je shema prikazana na slici 4. koju su ranije predstavili Bochniak et al. (2010). Središte volframove žice (1) dužine 1 m postavljeno je u hvataljku (2), a zatim njeni krajevi, nakon prolaska kroz vodeće valjke (3), i pričvršćivanja utega (4) od po 10 N, bili blokirani u stezaljku (5). Rotacijski pokret hvataljke (2) rezultirao je namotavanjem dva komada žice

(namotane na sebe), sa fiksnim krajevima ispitivanog uzorka, provedeno je uz postupno povećanje vlačnih napona.

Rezultat testa bio je broj zavoja (N_T) potrebno za pucanje žice i obično se javlja na prednjoj strani formiranog spleta, kao što je prikazano na slici 5. Obavljeno je najmanje deset ispitivanja po varijanti. Nakon treninga, žica je imala blago valoviti oblik. Treba naglasiti da prema radovima Bochniaka i Piełe (2007) [4] i Filipeka (2010)

[5] TT test je jednostavna, brza i jeftina metoda za određivanje tehnoloških svojstava žica namijenjenih za namotavanje.

Slika 4 Šema TT testa:1 ispitana žica,2 hvataljka koja se okreće električnim motorom, zajedno sa uređajem za snimanje uvijanja,3 vodeće rolne,4utezi,5 čeljusti koje stežu krajeve žice

3. Rezultati

Utjecaj početne napetosti i broja prolaza u CDT procesu na svojstva volframovih žica prikazani su na sl. 6 i 7. Veliki raspršivanje dobijenih mehaničkih parametara žice ilustruje skalu nehomogenosti materijala dobijenog praškastom tehnologijom, te se stoga provedena analiza fokusira na trendove promjene ispitivanih svojstava, a ne na njihove apsolutne vrijednosti.

Komercijalnu volfram žicu karakterišu prosečne vrednosti napona tečenja (YS) jednake 2,026 MPa, granična zatezna čvrstoća (UTS) od 2,294 MPa, ukupno istezanje od

A≈2,6 % i N_Tčak 28. Bez obzira na

veličina primijenjene napetosti, CDT rezultira samo malom

smanjenje UTS-a (ne prelazi 3 % za žicu nakon četiri prolaza), a oba YS iA ostaju relativno na istom nivou (sl. 6a–c i 7a–c).

Slika 5 Pogled na volframovu žicu nakon loma u TT testu

Slika 6 Efekat mehaničkog treninga (broj prolaza n) na mehaničku (a–c) i tehnološku (d) (definirao N_Tu TT testu) svojstva volframove žice; priložena vrijednost težine od 4,7 N

CDT uvijek dovodi do značajnog povećanja broja zavoja žice N_T. Konkretno, za prva dva prolaza, N_Tdostiže više od 34 za napetost od 4,7 N i skoro 33 za napetost od 8,5 N. Ovo predstavlja povećanje od približno 20 % u odnosu na komercijalnu žicu. Primjena većeg broja prolaza dovodi do daljeg povećanja N_Tsamo u slučaju treninga pod naponom od 4,7 N. Žica nakon četiri prolaza pokazuje prosječnu veličinu N_Tprelazi 37, što u odnosu na žicu u početnom stanju predstavlja povećanje od preko 30 %. Daljnje uvježbavanje žice pri većim naponima više ne bi promijenilo veličinu prethodno postignutog N_Tvrijednosti (slike 6d i 7d).

4. Analiza

Dobijeni rezultati pokazuju da metoda korištena za volframovu žicu CDT praktički ne mijenja njene mehaničke parametre određene u zateznim ispitivanjima (došlo je do neznatnog smanjenja granične vlačne čvrstoće), ali je značajno povećala njenu

tehnološke karakteristike namijenjene za proizvodnju spirala; ovo je predstavljeno brojem okreta u TT testu. Ovo potvrđuje rezultate ranijih studija Bochniaka i Piełe (2007.)

[4] o nedostatku konvergencije rezultata vlačnog ispitivanja sa uočenim ponašanjem žica u procesu proizvodnje spirala.

Reakcija volframovih žica na proces CDT značajno ovisi o primijenjenoj napetosti. Pri sili niske napetosti uočava se parabolički rast broja obrta s brojem prolaza, dok primjena većih vrijednosti napetosti dovodi (već nakon dva prolaza) do postizanja stanja zasićenja i stabilizacije prethodno dobijenih tehnoloških. svojstva (slike 6d i 7d).

Ovako raznolik odgovor volframove žice naglašava činjenicu da veličina napetosti određuje kvantitativnu promjenu i stanja naprezanja i deformacijskog stanja materijala i posljedično njegovo elastično-plastično ponašanje. Korišćenje veće napetosti tokom procesa plastičnog savijanja žice koja prolazi između uzastopnih neusklađenih matrica rezultira manjim radijusom savijanja žice; stoga je plastično naprezanje u smjeru okomitom na os žice odgovorne za mehanizam smicanja veće i dovodi do lokaliziranog plastičnog strujanja u smičnim trakama. S druge strane, niska napetost uzrokuje da se CDT proces žice odvija uz veće učešće elastične deformacije (odnosno, plastični deformacijski dio je manji), što pogoduje dominaciji homogene deformacije. Ove situacije se znatno razlikuju od onih koje se dešavaju tijekom jednoosnog vlačnog testa.

Takođe treba napomenuti da CDT poboljšava tehnološke karakteristike samo za žice dovoljnog kvaliteta, tj. bez značajnijih unutrašnjih defekata (pore, šupljine, diskontinuiteti, mikropukotine, nedostatak dovoljne adhezije kontinuiteta na granicama zrna itd. .) koji nastaju proizvodnjom žice metalurgijom praha. Inače, rastući rasipanje dobijene vrijednosti zaokreta N_Tuz povećanje broja prolaza ukazuje na produbljivanje diferencijacije strukture žice u njenim različitim dijelovima (po dužini) pa može poslužiti i kao koristan kriterij za ocjenu kvaliteta komercijalne žice. Ovi problemi će biti predmet budućih istraživanja.

Slika 7 Efekat mehaničkog treninga (broj prolaza n) na mehaničku (a–c) i tehnološku (d) (definirao N_Tu TT testu) svojstva volframove žice; priložena vrijednost težine od 8,5 N

5. Zaključci

1, CDT žica od volframa poboljšava njihova tehnološka svojstva, kao što je definirano u testu torzije sa zatezanjem od strane N_Tprije loma.

2, povećanje N_Tindeks za oko 20 % postiže žica podvrgnuta dvije serije CDT-a.

3, Veličina napetosti žice u procesu CDT ima značajan uticaj na njena tehnološka svojstva definisana vrijednošću N_Tindex. Svoju najveću vrijednost postigla je žica podvrgnuta laganoj napetosti (naprezanju zatezanja).

4， Upotreba i veće napetosti i više ciklusa multilateralnog savijanja sa smicanjem nije opravdana jer samo rezultira stabilizacijom prethodno dostignute vrijednosti N_Tindex.

5， Značajno poboljšanje tehnoloških svojstava CDT volfram žice nije praćeno promjenom mehaničkih parametara utvrđenih testom zatezanja, što potvrđuje uvjerenje o niskoj upotrebljivosti takvog ispitivanja za predviđanje tehnološkog ponašanja žice.

Dobijeni eksperimentalni rezultati pokazuju pogodnost CDT žice od volframa za proizvodnju spirala. Konkretno, na osnovu metode koja se koristi za sukcesivno napredovanje dužine žice, ciklično, višesmjerno savijanje uz malo naprezanje, uzrokuje opuštanje unutarnjih naprezanja. Iz tog razloga postoji ograničenje sklonosti pucanja žice prilikom plastičnog oblikovanja spirala. Kao rezultat toga, potvrđeno je da smanjenje količine otpada u proizvodnim uslovima povećava efikasnost proizvodnog procesa eliminacijom zastoja automatizovane proizvodne opreme u kojoj se, nakon pucanja žice, mora „ručno” aktivirati zaustavljanje u nuždi. od strane operatera.