1. Introduzione

I fili di tungstenu, cù un spessore da parechji à decine di micrometri, sò plastically furmati in spirali è usati per fonti di luce incandescente è di scaricamentu. A fabricazione di fili hè basatu annantu à a tecnulugia di a polvera, vale à dì, a polvera di tungstenu ottenuta per un prucessu chimicu hè sottumessa successivamente à pressa, sinterizzazione è formatura plastica (forgiatura rotativa è trafilatura). Innota chì u prucessu di avvolgimentu di u filu deve esse risultatu in boni proprietà plastiche è elasticità "micca troppu alta". Per d 'altra banda, per via di e cundizioni di splutazioni di spirali, è sopratuttu, a resistenza d'altu-creep necessaria, i fili recristallizzati ùn sò micca adattati per a produzzione, soprattuttu s'ellu anu una struttura grossa.

Mudificà e proprietà meccaniche è plastiche di i materiali metallici, in particulare, riducendu u travagliu forte hard-ening senza un trattamentu annealing hè pussibule usendu furmazione meccanica. Stu prucessu hè custituitu di sottumette u metallu à deformazione ripetuta, alternata è pocu plastica. L'effetti di a contraflessione ciclica nantu à e proprietà meccaniche di i metalli sò documentati, frà altri, in a carta di Bochniak è Mosor [1], quì utilizendu strisce di bronzu di stagno CuSn 6,5 %. Hè statu dimustratu chì a furmazione meccanica porta à un addolcimentu di u travagliu.
Sfortunatamente, i parametri meccanichi di i fili di tungstenu determinati in teste di trazione uniaxial simplici sò assai insufficienti per predichendu u so cumpurtamentu in u prucessu di produzzione di spirali. Questi fili, malgradu e proprietà meccaniche simili, sò spessu carattarizati da una suscettibilità significativamente diversa à l'avvolgimentu. Per quessa, quandu si valutanu e caratteristiche tecnologiche di u filu di tungstenu, i risultati di e teste seguenti sò cunsiderate più affidabili: avvolgimentu di filu core, torsione unidirezionale, compressione di filu di cuteddu, curvatura è stira, o bande reversibile [2] . Ricertamenti, una nova prova tecnologica hè stata pruposta [3], in quale u filu hè sottumessu à torsione simultanea cù tensione (test TT), è u statu di stress - in l'opinione di l'autori - hè vicinu à quellu chì si trova in u prucessu di produzzione. di i filamenti. Inoltre, i risultati di e teste TT realizate nantu à i fili di tung-sten cù diversi diametri anu dimustratu a so capacità di anticipà u so cumpurtamentu dopu durante i prucessi tecnologichi [4, 5].

L'obiettivu di u travagliu presentatu quì hè di risponde à a quistione di se, è se, in quantu l'usu di u trattamentu di deformazione ciclica (CDT) nantu à u filu di tungstenu per curvatura multilaterale cuntinuu cù u metudu di taglio [6], pò mudificà u so meccanicu è tecnologicu. pruprietà impurtanti.

In generale, a deformazione ciclica di metalli (per esempiu, per tensione è compressione o curvatura bilaterale) pò esse accumpagnata da dui prucessi strutturali diffirenti. U primu hè caratteristicu per a deformazione cù picculi amplitudes è

implica i cosiddetti fenomeni di fatigue, chì risultanu in u metallu forte induritu da u travagliu chì si trasforma in un ramollitu prima di a so distruzzione [7].

U sicondu prucessu, dominante durante a deformazione cù amplitudes high-strain, pruduce una forte heterogenizazione di bande di cisura di plastica chì generanu flussu. In cunseguenza, ci hè una frammentazione drastica di a struttura metallica, in particulare, a furmazione di grani nano-sized, cusì, un incrementu significativu di e so proprietà meccaniche à a spesa di u travagliu. Un tali effettu hè ottenutu in, per esempiu, u metudu di corrugazione ripetitiva è di dritta cuntinuata sviluppata da Huang et al. [8], chì hè custituitu da multiple, alternate, passaghju (rotulamentu) di strisce trà i rotuli "ingranati" è lisci, o in modu più sofisticatu, chì hè un metudu di curvatura cuntinua sottu tensione [9], induve a striscia allungata. hè contraflexed per via di un muvimentu reversibile longu à a so lunghezza di un set di rotuli rotanti. Di sicuru, a frammentazione estensiva di granu pò ancu esse ottenuta durante a deformazione monotonica cù un grande sforzu, utilizendu i metudi di Deformazione Plastica Severu, in particulare i metudi di Equal Channel Angular Extrusion [10] più spessu satisfacendu e cundizioni per simplicità. cisaglia di metallu. Sfurtunatamente, sò principarmenti utilizati à a scala di u laboratoriu è ùn hè micca tecnicamente pussibule

per aduprà per ottene proprietà meccaniche specifiche di strisce lunghe o fili.

Certi tentativi sò stati ancu fatti per valutà l'influenza di a cisura ciclicamente cambiante applicata cù deformazioni unità petite nantu à a capacità di attivà i fenomeni di fatigue. I risultati di studii spirimintali realizati [11] nantu à strisce di ramu è di cobalt per contraflexure cù cisaglia cunfirmanu a tesi sopra. Ancu s'è u metudu di contraflexure cù cisaglia hè abbastanza faciule per esse appiicatu à parti metalliche piatte, l'applicazione più diretta per i fili ùn hà micca sensu, perchè, per definizione, ùn guarantisci micca l'ottenimentu di una struttura omogenea, è cusì proprietà idèntica nantu à a circonferenza (cù un raghju orientatu arbitrariamente) di u filu. Per quessa, stu documentu utilizza un metudu di CDT novu furmatu è originale cuncepitu per fili sottili, basatu nantu à una curvatura multilaterale cuntinuu cù cisaglia.

Fig. 1 Schema di u prucessu di furmazione meccanica di fili:1 filu di tungstenu,2 bobina cù filu per sbobinare,3 sistema di sei fustelle rotanti,4 bobina di avvolgimentu,5 rompe u pesu, è6 frenu (cilindro d'acciaio cù una banda di bronzu stagnatu intornu)

2. Sperimenta

CDT di filu di tungstenu cù un diametru di 200 μm hè statu realizatu nantu à un dispositivu di teste apposta chì u schema hè mostratu in Fig.

(2) cù un diametru di 100 mm, hè statu introduttu in un sistema di sei fustelle (3), cù buchi di u stessu diametru di u filu, chì sò fissi in un alloghju cumunu è giranu intornu à l'assi à una vitezza di 1.350 rev /. min. Dopu à passà per u dispusitivu, u filu hè stata rimbursatu nantu à a bobina (4) cù un diametru di 100 mm chì girava à una vitezza di 115 rev / min. I paràmetri applicati decide di a velocità lineale di u filu relative à e fustelle rotanti hè 26,8 mm / rev.

U disignu appropritatu di u sistema di fustelle significava chì ogni seconda morta girava eccentricamente (Fig. 2), è ogni pezzu di filu chì passava per i fustelle rotanti era sottumessu à una curvatura multilaterale cuntinua cù cisaglia indutta da ironing à a riva di a superficia interna di e fustelle.

Fig. 2 Disposizione schematica di i fusti rotanti (etichettati cù u numeru3 in Fig. 1)

Fig. 3 Sistema di dies: una vista generale; b parti basi:1 fustelle centriche,2 fustelle eccentriche,3 anelli distanziatori

U filu unreeled era sottu à l'influenza di u stress iniziale per l'applicazione di a tensione, chì ùn solu ùn pruteghja micca da l'entanglement, ma determina ancu a participazione mutuale di a curvatura è a deformazione di taglio. Questu era pussibule di ottene grazia à u frenu muntatu nantu à a bobina in a forma di una striscia di bronzu di stagno pressatu da un pesu (designatu cum'è 5 è 6 in Fig. 1). A figura 3 mostra l'apparizione di a furmazione di u dispusitivu quandu plegata, è ognunu di i so cumpunenti. A furmazione di fili hè stata fatta cù dui pesi diffirenti:

4,7 è 8,5 N, finu à quattru passa per u settore di fustelle. A tensione assiale era rispettivamente di 150 è 270 MPa.

A prova di trazione di filu (sia in u statu iniziale sia in furmazione) hè stata realizata nantu à a macchina di prova Zwick Roell. A lunghezza di u calibre di campioni era di 100 mm è a rata di deformazione di trazione era

8×10⁻³ s⁻¹. In ogni casu, un puntu di misurazione (per ognunu

di e varianti) rapprisenta almenu cinque campioni.

A prova TT hè stata realizata nantu à un apparatu speciale chì u schema hè mostratu in Fig. 4 prima presentata da Bochniak et al. (2010). U centru di u filu di tungstenu (1) cù una lunghizza di 1 m hè stata postu in un catch (2), è dopu i so fini, dopu avè passatu per i rotuli di guida (3), è aghjunghje pesi (4) di 10 N ognunu, sò stati bluccati in una pinza (5). U muvimentu rotativu di u catch (2) hà risultatu in u bobinamentu di dui pezzi di filu

(reeled on elli stessi), cù estremità fissi di a mostra testata, hè stata realizata cù un aumentu graduali di e tensioni di tensione.

U risultatu di a prova era u numeru di torsioni (N_T) hà bisognu di rupture u filu è sò generalmente accadutu nantu à a fronte di u tangle furmatu, cum'è mostra in Fig. Dopu à a furmazione, u filu hà avutu una ligera forma ondulata. Si deve esse enfatizatu chì sicondu i documenti di Bochniak è Pieła (2007) [4] è Filipek (2010)

[5] a prova TT hè un metudu simplice, veloce è economicu per determinà e proprietà tecnologiche di i fili destinati à l'avvolgimentu.

Fig. 4 Schema di a prova TT:1 filu pruvatu,2 cattura girata da un mutore elettricu, accumpagnatu cù u dispusitivu di registrazione di torsione,3 rotuli di guida,4pesi,5 mascelle chì serranu l'estremità di u filu

3. Risultati

L'effettu di a tensione iniziale è u nùmeru di passaghji in u prucessu CDT nantu à e proprietà di i fili di tungstenu sò mostrati in Figs. 6 è 7. Un grande scatteru di i paràmetri meccanichi ottenuti di filu illustranu a scala di inhomogeneità di u materiale ottenuta da a tecnulugia di pulveru, è per quessa, l'analisi realizatu si focalizeghja nantu à i tendenzi di i cambiamenti di e pruprietà testate è micca nantu à i so valori assoluti.

U filu di tungstenu cummerciale hè carattarizatu da i valori medii di u sforzu di snervamentu (YS) uguali à 2.026 MPa, a resistenza di trazione finale (UTS) di 2.294 MPa, l'allungamentu tutale di

A≈ 2,6 % è u N_Tquant'è 28. Indipendentemente da u

magnitude di a tensione applicata, CDT risultati in solu una piccula

diminuzione di UTS (micca più di 3% per u filu dopu à quattru passate), è tramindui YS èA ferma relativamente à u listessu livellu (Figs. 6a-c è 7a-c).

Fig 5 Vista di u filu di tungstenu dopu a frattura in a prova TT

Fig. 6 Effettu di furmazione meccanica (numeru di passaggi n) nantu à meccanica (a–c) è tecnologica (d) (definitu da N_Tin a prova TT) proprietà di u filu di tungstenu; valore di pesu attaccatu di 4,7 N

CDT sempre porta à un aumentu significativu in u numeru di torsioni di filu N_T. In particulare, per i primi dui passi, N_Trighjunghji più di 34 per una tensione di 4,7 N è quasi 33 per una tensione di 8,5 N. Questu rapprisenta un aumentu di circa 20 % in quantu à u filu cummerciale. L'applicazione di un numeru più altu di passaghji porta à un aumentu ulteriore di N_Tsolu in u casu di furmazione sottu a tensione di 4,7 N. U filu dopu à quattru passaghji mostra a magnitudine media di N._Tpiù di 37, chì, paragunatu à u filu in u statu iniziale, rapprisenta un aumentu di più di 30%. L'addestramentu ulteriore di u filu à tensioni più elevate ùn cambia più a magnitudine di N ottenuta prima_Tvalori (Figs. 6d è 7d).

4. Analisi

I risultati ottenuti mostranu chì u metudu utilizatu per u filu di tungstenu CDT praticamente ùn cambia micca i so parametri meccanichi determinati in i testi di trazione (ci era solu una ligera diminuzione di a forza di trazione finale), ma hà aumentatu significativamente a so resistenza.

pruprietà tecnulugiche sò destinate à a produzzione di spirali; questu hè rapprisintatu da u numeru di torsioni in a prova TT. Questu cunfirma i risultati di studii precedenti di Bochniak è Pieła (2007).

[4] nantu à a mancanza di cunvergenza di i risultati di a prova di tensione cù u cumpurtamentu osservatu di i fili in u prucessu di produzzione di spirali.

A reazione di i fili di tungstenu nantu à u prucessu di CDT dipende significativamente da a tensione applicata. À a forza di bassa tensione, si osserva una crescita parabolica in u nùmeru di torsioni cù u nùmeru di passaghji, mentre chì l'applicazione di valori più grande di tensione porta (dighjà dopu à dui passaggi) à ottene u statu di saturazione è a stabilizazione di tecnulugichi ottenuti prima. pruprietà (Figs. 6d è 7d).

Una risposta cusì diversificata di u filu di tungstenu sottolinea u fattu chì a magnitudine di a tensione determina u cambiamentu quantitatiu sia di u statu di stress sia di u statu di deformazione di u materiale è, in cunseguenza, u so cumpurtamentu elasticu-plasticu. Aduprà una tensione più altu durante u prucessu di curvatura plastica in u filu chì passa trà e successive fustelle misaligned risultati à un radiu di curvatura di filu più chjucu; dunque, a tensione plastica in una direzzione perpendiculare à l'assi di u filu rispunsevuli di u mecanismu di cisura hè più grande è porta à un flussu plasticu localizatu in e bande di cisura. Per d 'altra banda, a bassa tensione provoca u prucessu CDT di filu per esse realizatu cù una participazione più grande di strain elasticu (vale à dì, a parte di strain plastica hè più chjuca), chì favurizeghja a dominanza di deformazione omogenea. Queste situazioni sò distintamente diverse da quella chì si verifica durante a prova di trazione uniaxial.

Hè da nutà ancu chì CDT migliurà e caratteristiche tecnologiche solu per i fili di qualità sufficiente, vale à dì, senza difetti interni significativi (pori, vuoti, discontinuità, micro-fissure, mancanza di aderenza di continuità sufficiente à i cunfini di granu, etc. .) Risultatu da a pruduzzione di filu da a metallurgia di polveri. Altrimenti, a scatter crescente di u valore ottenutu di torsioni N_TInseme cù un incrementu di u numeru di passaghji indica una diffirenzazione più profonda di a struttura di u filu in e so diverse parti (a longu andà) cusì pò ancu serve com'è un criteriu utile per a valutazione di a qualità di un filu cummerciale. Questi prublemi seranu u sughjettu di investigazioni future.

Fig. 7 Effettu di furmazione meccanica (numeru di passaggi n) nantu à meccanica (a–c) è tecnologica (d) (definitu da N_Tin a prova TT) proprietà di u filu di tungstenu; valore di pesu attaccatu di 8,5 N

5. Cunclusioni

1, CDT di fili di tungstenu migliurà e so proprietà tecnologiche, cum'è definite in a prova di torsione cù tensione da N_Tprima di frattura.

2， L'aumentu di u N_TL'indice di circa 20 % hè righjuntu da un filu sottumessu à duie serie di CDT.

3， A magnitudine di a tensione di u filu in u prucessu di CDT hà un impattu significativu nantu à e so proprietà tecnologiche definite da u valore di u N._Tindice. U so valore più altu era righjuntu da un filu sottumessu à una ligera tensione (stress tensile).

4， Aduprà sia una tensione più alta sia più cicli di curvatura multilaterale cù cisaglia ùn hè micca ghjustificatu perchè solu risulta à stabilizà u valore previamente righjuntu di u N._Tindice.

5， A migliione significativa di e proprietà tecnologiche di u filu di tungstenu CDT ùn hè micca accumpagnata da un cambiamentu di i paràmetri meccanichi determinati in a prova di tensione, cunfirmendu a credenza tenuta in a bassa usabilità di tali teste per anticipà u cumpurtamentu tecnologicu di u filu.

I risultati sperimentali ottenuti dimostranu l'idoneità CDT di filu di tungstenu per a produzzione di spirali. In particulare, basatu annantu à u metudu utilizatu per avanzà successivamente a lunghezza di u filu, a curvatura ciclica, multidirezionale cù pocu sforzu, provoca rilassazione di e tensioni internu. Per questu causa, ci hè una restrizzione à a tendenza di u filu di ruttura durante a furmazione plastica di spirali. In u risultatu, hè statu cunfirmatu chì a riduzzione di a quantità di rifiuti in e cundizioni di fabricazione aumenta l'efficienza di u prucessu di produzzione eliminendu l'equipaggiu di produzzione automatizatu per i tempi di inattività in quale, dopu à rompe u filu, un arrestu d'emergenza deve esse attivatu "manualmente". da l'operatore.