1. Introducció

Els cables de tungstè, amb un gruix de diversos a desenes de micròmetres, es formen plàsticament en espirals i s'utilitzen per a fonts de llum incandescent i de descàrrega. La fabricació de filferro es basa en la tecnologia de la pols, és a dir, la pols de tungstè obtinguda mitjançant un procés químic és sotmesa successivament a premsat, sinterització i conformació plàstica (forja rotativa i estirat). Tingueu en compte que el procés d'enrotllament de filferro ha de donar lloc a bones propietats plàstiques i una elasticitat "no massa alta". D'altra banda, a causa de les condicions d'explotació de les espirals i, sobretot, de l'elevada resistència a la fluència requerida, els filferros recristal·litzats no són aptes per a la producció, sobretot si tenen una estructura de gra gruixut.

La modificació de les propietats mecàniques i plàstiques dels materials metàl·lics, en particular, la reducció del fort enduriment del treball sense un tractament de recuit és possible mitjançant l'entrenament mecànic. Aquest procés consisteix a sotmetre el metall a deformacions repetides, alternades i poc plàstiques. Els efectes de la contraflexió cíclica sobre les propietats mecàniques dels metalls es documenten, entre d'altres, en el document de Bochniak i Mosor [1], aquí utilitzant tires de bronze d'estany de CuSn al 6,5%. Es va demostrar que l'entrenament mecànic condueix a un suavització del treball.
Malauradament, els paràmetres mecànics dels cables de tungstè determinats en assajos simples de tracció uniaxial són molt insuficients per predir el seu comportament en el procés de producció d'espirals. Aquests cables, malgrat les propietats mecàniques similars, sovint es caracteritzen per una susceptibilitat significativament diferent a l'enrotllament. Per tant, a l'hora d'avaluar les característiques tecnològiques del filferro de tungstè, els resultats de les proves següents es consideren més fiables: bobinat del nucli, torsió unidireccional, compressió de fil de ganivet, flexió i estirament o bandes reversibles [2] . Recentment, s'ha proposat una nova prova tecnològica [3], en la qual el cable és sotmès a torsió simultània amb tensió (test TT), i l'estat de tensió —segons els autors— és proper al que es produeix en el procés de producció. dels filaments. A més, els resultats de les proves de TT realitzades en filferros de tungsten amb diferents diàmetres han demostrat la seva capacitat per anticipar el seu comportament posterior durant els processos tecnològics [4, 5].

L'objectiu del treball aquí presentat és respondre a la pregunta de si, i si, fins a quin punt l'ús del tractament de deformació ciclable (CDT) sobre filferro de tungstè mitjançant flexió multilateral contínua amb mètode de cisalla [6], pot modificar la seva mecànica i tecnològica. propietats importants.

En termes generals, la deformació cíclica dels metalls (per exemple, per tensió i compressió o flexió bilateral) pot anar acompanyada de dos processos estructurals diferents. El primer és característic per a la deformació amb petites amplituds i

implica els anomenats fenòmens de fatiga, que donen com a resultat que el metall fortament endurit per treball es converteixi en un de suavitzat per deformació abans que es produeixi la seva destrucció [7].

El segon procés, dominant durant la deformació amb amplituds d'alta tensió, produeix una forta heterogenització de les bandes de cisalla generadores de flux plàstic. En conseqüència, hi ha una fragmentació dràstica de l'estructura metàl·lica, en particular, la formació de grans de mida nanomètrica, per tant, un augment significatiu de les seves propietats mecàniques a costa de la treballabilitat. Aquest efecte s'obté, per exemple, amb el mètode d'alineació i ondulació repetitiva contínua desenvolupat per Huang et al. [8], que consisteix en el pas (enrotllament) múltiple, altern, de tires entre els rotlles "engranats" i llisos, o d'una manera més sofisticada, que és un mètode de flexió contínua sota tensió [9], on la tira estirada està contraflexionat a causa d'un moviment reversible al llarg de la seva longitud de conjunt de rotlles giratoris. Per descomptat, l'extensa fragmentació dels grans també es pot obtenir durant la deformació monòtona amb gran deformació, utilitzant els anomenats mètodes de deformació plàstica severa, en particular, mètodes d'extrusió angular de canal igual [10] que sovint satisfan les condicions per a simples cisalla del metall. Malauradament, s'utilitzen principalment a escala de laboratori i tècnicament no és possible

utilitzar-los per obtenir propietats mecàniques específiques de tires llargues o filferros.

També s'han fet alguns intents per avaluar la influència del cisallament canviant cíclic aplicat amb petites deformacions unitàries en la capacitat d'activar els fenòmens de fatiga. Els resultats dels estudis experimentals realitzats [11] sobre tires de coure i cobalt per contraflexió amb cisalla van confirmar la tesi anterior. Tot i que el mètode de contraflexió amb cisalla és bastant fàcil d'aplicar a peces metàl·liques planes, l'aplicació més directa de filferros no té sentit, ja que, per definició, no garanteix l'obtenció d'una estructura homogènia i, per tant, idèntiques propietats sobre la circumferència (amb radi orientat arbitrariament) del cable. Per aquest motiu, aquest article utilitza un mètode de CDT recentment format i original dissenyat per a cables prims, basat en la flexió multilateral contínua amb cisalla.

Fig. 1 Esquema del procés d'entrenament mecànic dels cables:1 filferro de tungstè,2 bobina amb filferro per desenrotllar,3 sistema de sis matrius giratoris,4 bobina de bobina,5 trencar pes, i6 fre (cilindre d'acer amb una banda de bronze estany al voltant)

2. Experimenta

El CDT de filferro de tungstè amb un diàmetre de 200 μm es va realitzar en un dispositiu de prova especialment construït l'esquema del qual es mostra a la figura 1. Filferro sense bobina (1) de la bobina

(2) amb un diàmetre de 100 mm, es va introduir en un sistema de sis matrius (3), amb forats del mateix diàmetre que el cable, que es fixen en una carcassa comuna i girant al voltant de l'eix a una velocitat de 1.350 rev/ min. Després de passar pel dispositiu, el filferro s'enrotllava a la bobina (4) amb un diàmetre de 100 mm girant a una velocitat de 115 rev/min. Els paràmetres aplicats decideixen que la velocitat lineal del cable en relació amb les matrius giratòries és de 26,8 mm/rev.

Un disseny adequat del sistema de matrius significava que cada segon encuny girava de manera excèntrica (Fig. 2), i cada tros de filferro que passava per les matrius giratòries estava sotmès a una flexió multilateral contínua amb cisalla induïda pel planxat a la vora de la superfície interior de les matrius.

Fig. 2 Disposició esquemàtica dels encunys rotatius (etiquetats amb el número3 a la figura 1)

Fig. 3 Sistema de matrius: vista general; b parts bàsiques:1 matrius cèntrics,2 encunys excèntrics,3 anells separadors

El filferro sense bobina estava sota la influència de la tensió inicial a causa de l'aplicació de la tensió, que no només el protegeix de l'entrellat, sinó que també determina la participació mútua de la deformació de flexió i cisalla. Això va ser possible gràcies al fre muntat a la bobina en forma d'una tira de bronze d'estany pressionada per un pes (designat com 5 i 6 a la figura 1). La figura 3 mostra l'aspecte de l'entrenament del dispositiu quan es plega i cadascun dels seus components. L'entrenament dels cables es va realitzar amb dos pesos diferents:

4,7 i 8,5 N, fins a quatre passades pel conjunt de matrius. La tensió axial va ascendir respectivament als 150 i 270 MPa.

Es van realitzar proves de tracció del cable (tant en estat inicial com entrenat) a la màquina d'assaig Zwick Roell. La longitud del calibre de les mostres era de 100 mm i la velocitat de tensió

8×10⁻³ s⁻¹. En cada cas, un punt de mesura (per a cadascun

de les variants) representa almenys cinc mostres.

La prova TT es va realitzar en un aparell especial l'esquema del qual es mostra a la figura 4 presentada anteriorment per Bochniak et al. (2010). El centre del filferro de tungstè (1) amb una longitud d'1 m es va col·locar en un enganxador (2), i després els seus extrems, després de passar pels rotlles de guia (3) i enganxar pesos (4) de 10 N cadascun, es van bloquejar en una pinça (5). El moviment giratori de la captura (2) va donar lloc a l'enrotllament de dos trossos de filferro

(enrotllats sobre ells mateixos), amb extrems fixos de la mostra provada, es va realitzar amb un augment gradual de les tensions de tracció.

El resultat de la prova va ser el nombre de girs (N_T) necessitaven per trencar el cable i normalment es produïen a la part davantera de l'embolic format, tal com es mostra a la figura 5. Es van realitzar almenys deu proves per variant. Després de l'entrenament, el cable tenia una forma lleugerament ondulada. Cal subratllar que segons els articles de Bochniak i Pieła (2007) [4] i Filipek (2010)

[5] la prova TT és un mètode senzill, ràpid i barat per determinar les propietats tecnològiques dels cables destinats a bobinar.

Fig. 4 Esquema de la prova TT:1 cable provat,2 captura girada per un motor elèctric, acoblat amb el dispositiu d'enregistrament de gir,3 rotlles de guia,4pesos,5 mandíbules que subjecten els extrems del filferro

3. Resultats

A les Figs. 6 i 7. Una gran dispersió de paràmetres mecànics obtinguts del fil il·lustren l'escala de deshomogeneïtat del material obtingut per tecnologia de pols, i per tant, l'anàlisi realitzada se centra en les tendències de canvis de les propietats provades i no en els seus valors absoluts.

El filferro de tungstè comercial es caracteritza per valors mitjans de tensió de fluència (YS) iguals a 2.026 MPa, resistència a la tracció màxima (UTS) de 2.294 MPa, allargament total de

A≈2,6 % i el N_Ttant com 28. Independentment de la

magnitud de la tensió aplicada, CDT només resulta en una petita

disminució d'UTS (no superar el 3 % per al cable després de quatre passades), i tant YS comA romanen relativament al mateix nivell (Figs. 6a–c i 7a–c).

Fig. 5 Vista del cable de tungstè després de la fractura a la prova TT

Fig. 6 Efecte de l'entrenament mecànic (nombre de passades n) sobre mecànica (a–c) i tecnològica (d) (definit per N_Ta la prova TT) propietats del filferro de tungstè; valor de pes adjunt de 4,7 N

CDT sempre condueix a un augment significatiu del nombre de girs de cable N_T. En particular, per a les dues primeres passades, N_Tarriba a més de 34 per a una tensió de 4,7 N i gairebé 33 per a una tensió de 8,5 N. Això representa un increment d'aproximadament un 20 % respecte al cable comercial. L'aplicació d'un nombre més elevat de passades comporta un nou augment de N_Tnomés en el cas d'entrenament sota tensió de 4,7 N. El cable després de quatre passades mostra la magnitud mitjana de N_Tsuperior a 37, la qual cosa, en comparació amb el cable en estat inicial, suposa un increment superior al 30 %. Un entrenament addicional del cable a tensions més altes ja no canviaria la magnitud de N assolit anteriorment_Tvalors (Figs. 6d i 7d).

4. Anàlisi

Els resultats obtinguts mostren que el mètode utilitzat per CDT de filferro de tungstè pràcticament no modifica els seus paràmetres mecànics determinats en assaigs de tracció (només hi va haver una lleugera disminució de la resistència a la tracció final), sinó que va augmentar significativament la seva

propietats tecnològiques destinades a la producció d'espirals; això es representa pel nombre de girs a la prova TT. Això confirma els resultats d'estudis anteriors de Bochniak i Pieła (2007)

[4] sobre la manca de convergència dels resultats de les proves de tracció amb el comportament observat dels cables en el procés de producció d'espirals.

La reacció dels cables de tungstè en el procés de CDT depèn significativament de la tensió aplicada. A força de baixa tensió, s'observa un creixement parabòlic del nombre de girs amb el nombre de passades, mentre que l'aplicació de valors més grans de tensió porta (ja després de dues passades) a assolir l'estat de saturació i l'estabilització de la tecnologia prèviament obtinguda. propietats (Figs. 6d i 7d).

Aquesta resposta tan diversificada del fil de tungstè subratlla el fet que la magnitud de la tensió determina el canvi quantitatiu tant de l'estat de tensió com de l'estat de deformació del material i, en conseqüència, el seu comportament elàstic-plàstic. L'ús d'una tensió més alta durant el procés de flexió de plàstic en el pas de filferro entre matrius desalineades successives dóna com a resultat un radi de flexió de filferro més petit; per tant, la tensió plàstica en una direcció perpendicular a l'eix del cable responsable del mecanisme de cisalla és més gran i condueix a un flux plàstic localitzat a les bandes de cisalla. D'altra banda, la baixa tensió fa que el procés CDT del fil tingui lloc amb una major participació de la deformació elàstica (és a dir, la part plàstica de deformació és més petita), la qual cosa afavoreix el domini de la deformació homogènia. Aquestes situacions són clarament diferents de les que es produeixen durant la prova de tracció uniaxial.

També cal destacar que el CDT millora les característiques tecnològiques només per a cables de qualitat suficient, és a dir, sense defectes interns significatius (porus, buits, discontinuïtats, microesquerdes, manca d'adhesió de continuïtat suficient als límits de gra, etc.). .) resultant de la producció de filferro per polvimetal·lúrgia. En cas contrari, la dispersió creixent del valor obtingut dels girs N_Tjuntament amb un augment en el nombre de passades indica una diferenciació cada cop més profunda de l'estructura del cable en les seves diferents parts (en longitud), per la qual cosa també pot servir com a criteri útil per avaluar la qualitat d'un cable comercial. Aquests problemes seran objecte de futures investigacions.

Fig. 7 Efecte de l'entrenament mecànic (nombre de passades n) sobre mecànica (a–c) i tecnològica (d) (definit per N_Ta la prova TT) propietats del filferro de tungstè; valor de pes adjunt de 8,5 N

5. Conclusions

1， CDT dels cables de tungstè millora les seves propietats tecnològiques, tal com es defineix a la prova de torsió amb tensió per N_Tabans de fracturar-se.

2， L'augment del N_Tíndex d'un 20% s'aconsegueix mitjançant un cable sotmès a dues sèries de CDT.

3， La magnitud de la tensió del cable en el procés de CDT té un impacte significatiu en les seves propietats tecnològiques definides pel valor de la N_Tíndex. El seu valor més alt s'aconseguia mitjançant un cable sotmès a una lleugera tensió (esforç de tracció).

4， No es justifica utilitzar tant una tensió més alta com més cicles de flexió multilateral amb cisalla perquè només es tradueix en estabilitzar el valor assolit anteriorment de la N_Tíndex.

5， La millora significativa de les propietats tecnològiques del cable de tungstè CDT no va acompanyada d'un canvi de paràmetres mecànics determinats en la prova de tracció, confirmant la creença mantinguda en la baixa usabilitat d'aquesta prova per anticipar el comportament tecnològic del cable.

Els resultats experimentals obtinguts demostren la idoneïtat CDT de filferro de tungstè per a la producció d'espirals. En particular, basant-se en el mètode utilitzat per avançar successivament la longitud del fil, la flexió cíclica, multidireccional amb poca tensió, provoca la relaxació de les tensions internes. Per aquest motiu, hi ha una restricció a la tendència de trencament del cable durant la formació plàstica d'espirals. Com a resultat, es va confirmar que reduir la quantitat de residus en condicions de fabricació augmenta l'eficiència del procés de producció eliminant els temps d'inactivitat dels equips de producció automatitzats en els quals, després de trencar el cable, s'ha d'activar “manualment” una parada d'emergència. per part de l'operador.