1. Introduktion

Wolframtråde, med en tykkelse fra flere til titusinder af mikrometer, formes plastisk til spiraler og bruges til gløde- og udladningslyskilder. Trådfremstilling er baseret på pulverteknologien, dvs. at wolframpulver opnået gennem en kemisk proces successivt udsættes for presning, sintring og plastisk formning (rotationssmedning og trækning). Bemærk, at trådviklingsprocessen skal resultere i gode plastiske egenskaber og "ikke for høj" elasticitet. På den anden side, på grund af spiralernes udnyttelsesforhold og frem for alt den påkrævede høje krybemodstand, er rekrystalliserede tråde ikke egnede til produktion, især hvis de har en grovkornet struktur.

Ændring af metalliske materialers mekaniske og plastiske egenskaber, især formindskelse af den stærke hærdning uden en udglødningsbehandling er muligt ved hjælp af mekanisk træning. Denne proces består i at udsætte metallet for gentagen, vekslende og lav-plastisk deformation. Virkningerne af cyklisk kontrafleksur på mekaniske egenskaber af metaller er blandt andet dokumenteret i Bochniak og Mosors [1] papir, heri ved brug af CuSn 6,5 % tinbronzestrimler. Det blev vist, at mekanisk træning fører til en arbejdsopblødning.
Desværre er de mekaniske parametre for wolframtråde bestemt i simple enaksede trækprøver langt utilstrækkelige til at forudsige deres adfærd i fremstillingsprocessen af ​​spiraler. Disse ledninger er, på trods af lignende mekaniske egenskaber, ofte karakteriseret ved væsentligt forskellig modtagelighed for vikling. Derfor, når de teknologiske egenskaber af wolframtråd vurderes, anses resultaterne af følgende test for at være mere pålidelige: kernetrådsvikling, ensrettet torsion, knivægskompression, bøj-og-stræk eller reversibel bånding [2] . For nylig blev der foreslået en ny teknologisk test [3], hvor tråden udsættes for samtidig vridning med spænding (TT-test), og spændingstilstanden - efter forfatternes mening - er tæt på den, der forekommer i produktionsprocessen af filamenterne. Desuden har resultaterne af TT-test udført på wolframtråde med forskellige diametre vist sin evne til at forudse deres senere adfærd under teknologiske processer [4, 5].

Formålet med arbejdet præsenteret heri er at besvare spørgsmålet om, og om, i hvilket omfang brugen af ​​cyklisk deformationsbehandling (CDT) på wolframtråd ved kontinuerlig multilateral bøjning med forskydningsmetode [6], kan ændre dens mekaniske og teknologiske vigtige egenskaber.

Generelt kan den cykliske deformation af metaller (f.eks. ved spænding og kompression eller bilateral bøjning) være ledsaget af to forskellige strukturelle processer. Den første er karakteristisk for deformationen med små amplituder og

involverer såkaldte træthedsfænomener, hvilket resulterer i, at det stærkt bearbejdningshærdede metal bliver til et belastningsblødt, før dets ødelæggelse sker [7].

Den anden proces, dominerende under deformation med højspændingsamplituder, producerer stærk heterogenisering af plastiske strømningsgenererende forskydningsbånd. Som følge heraf er der en drastisk fragmentering af metalstrukturen, især dannelsen af ​​korn i nanostørrelse, således en betydelig stigning i dens mekaniske egenskaber på bekostning af bearbejdelighed. En sådan effekt opnås i f.eks. en kontinuerlig gentagne bølge- og udretningsmetode udviklet af Huang et al. [8], som består af flere, alternerende, passage (rulning) af strimler mellem de "gearede" og glatte ruller, eller på en mere sofistikeret måde, som er en metode til kontinuerlig bøjning under spænding [9], hvor den strakte strimmel er kontraflekteret på grund af en reversibel bevægelse langs dens længde af sæt roterende ruller. Naturligvis kan den omfattende fragmentering af korn også opnås under monoton deformation med stor belastning ved at bruge de såkaldte svære plastiske deformationsmetoder, især metoder til Equal Channel Angular Extrusion [10], der oftest opfylder betingelserne for simple saks af metal. Desværre bruges de hovedsageligt på laboratorieskalaen, og det er teknisk set ikke muligt

at bruge dem til at opnå specifikke mekaniske egenskaber af lange strimler eller ledninger.

Der er også gjort nogle forsøg på at vurdere, hvilken indflydelse cyklisk skiftende forskydning påført med små enhedsdeformationer har på evnen til at aktivere træthedsfænomenerne. Resultaterne af eksperimentelle undersøgelser udført [11] på strimler af kobber og kobolt ved kontrafleksering med forskydning bekræftede ovenstående tese. Selvom metoden med kontrafleksering med forskydning er ret let at anvende på flade metaldele, giver den mere direkte anvendelse af ledninger ikke mening, fordi den pr. definition ikke garanterer opnåelse af homogen struktur og dermed identiske egenskaber på omkredsen (med vilkårligt orienteret radius) af ledningen. Af denne grund bruger dette papir en nydannet og original metode til CDT designet til tynde tråde, baseret på kontinuerlig multilateral bøjning med forskydning.

Fig. 1 Skema over processen med mekanisk træning af ledninger:1 wolfram ledning,2 spole med wire til at rulle,3 system med seks roterende matricer,4 viklingsspole,5 bryde vægt, og6 bremse (stålcylinder med et bånd af tinbronze omkring)

2. Eksperiment

CDT af wolframtråd med en diameter på 200 μm blev udført på en specialkonstrueret testanordning, hvis skema er vist i fig. 1. Afrullet ledning (1) fra spolen

(2) med en diameter på 100 mm, blev indført i et system af seks matricer (3), med huller af samme diameter som ledningen, som er fastgjort i et fælles hus og roterer rundt om aksen med en hastighed på 1.350 omdr./ min. Efter at have passeret gennem anordningen blev tråden viklet på spolen (4) med en diameter på 100 mm, roterende med en hastighed på 115 omdr./min. Anvendte parametre bestemmer, at trådens lineære hastighed i forhold til de roterende matricer er 26,8 mm/omdr.

Passende udformning af matricesystemet betød, at hver anden matrice drejede excentrisk (fig. 2), og hvert stykke tråd, der passerede gennem de roterende matricer, blev udsat for kontinuerlig multilateral bøjning med forskydning indført ved strygning ved kanten af ​​indersiden af ​​matricerne.

Fig. 2 Skematisk layout af de roterende matricer (mærket med nummer3 i fig. 1)

Fig. 3 System af matricer: et generelt billede; b grundlæggende dele:1 centriske matricer,2 excentriske dør,3 afstandsringe

Udrullet ledning var under indflydelse af indledende spænding på grund af påføring af spænding, som ikke kun beskytter den mod sammenfiltring, men også bestemmer gensidig deltagelse af bøjning og forskydningsdeformation. Dette var muligt at opnå takket være bremsen monteret på spolen i form af en tinbronzestrimmel presset af en vægt (betegnet som 5 og 6 i fig. 1). Figur 3 viser udseendet af enhedens træning, når den er foldet, og hver af dens komponenter. Træning af ledninger blev udført med to forskellige vægte:

4,7 og 8,5 N, op til fire gennemløb gennem sættet af matricer. Aksialspænding udgjorde henholdsvis 150 og 270 MPa.

Træktest af tråd (både i initial tilstand og trænet) blev udført på Zwick Roell testmaskinen. Prøvemålelængden var 100 mm og trækspændingshastigheden var

8×10⁻³ s⁻¹. I hvert tilfælde et målepunkt (for hver

af varianterne) repræsenterer mindst fem prøver.

TT-testen blev udført på et specielt apparat, hvis skema er vist i fig. 4 tidligere præsenteret af Bochniak et al. (2010). Midten af ​​wolframtråden (1) med en længde på 1 m blev anbragt i en spærre (2), og derefter dens ender, efter at have passeret gennem styrerullerne (3), og fastgjort vægte (4) på ​​hver 10 N, blev blokeret i en klemme (5). Den roterende bevægelse af spærren (2) resulterede i vikling af to stykker tråd

(rullet på sig selv), med faste ender af den testede prøve, blev udført med en gradvis forøgelse af trækspændingerne.

Testresultatet var antallet af drejninger (N_T) nødvendig for at bryde ledningen og forekom normalt på forsiden af ​​det dannede virvar, som vist i fig. 5. Mindst ti tests pr. variant blev udført. Efter træningen havde tråden en let bølget form. Det skal understreges, at ifølge artikler fra Bochniak og Pieła (2007) [4] og Filipek (2010)

[5] TT-testen er en enkel, hurtig og billig metode til at bestemme de teknologiske egenskaber af ledninger beregnet til vikling.

Fig. 4 Skema for TT-testen:1 testet ledning,2 spærre, der drejes af en elektrisk motor, koblet med snoningsoptageren,3 guide ruller,4vægte,5 kæber, der klemmer enderne af tråden

3. Resultater

Virkningen af ​​initial spænding og antallet af gennemløb i CDT-processen på egenskaberne af wolframtråde er vist i fig. 6 og 7. En stor spredning af opnåede mekaniske parametre for tråd illustrerer skalaen af ​​inhomogenitet af materialet opnået ved pulverteknologi, og derfor fokuserer den udførte analyse på tendenserne til ændringer af testede egenskaber og ikke på deres absolutte værdier.

Kommerciel wolframtråd er karakteriseret ved gennemsnitlige værdier af flydespænding (YS) svarende til 2.026 MPa, ultimativ trækstyrke (UTS) på 2.294 MPa, total forlængelse af

A≈2,6 % og N_Tså meget som 28. Uanset

størrelsen af ​​den påførte spænding, resulterer CDT kun i en lille

fald i UTS (ikke over 3 % for ledningen efter fire gennemløb), og både YS ogA forblive relativt på samme niveau (fig. 6a–c og 7a–c).

Fig. 5 Billede af wolframtråden efter brud i TT-testen

Fig. 6 Effekt af mekanisk træning (antal gennemløb n) om mekanisk (a–c) og teknologisk (d) (defineret af N_Ti TT-testen) egenskaber af wolframtråd; påsat vægtværdi på 4,7 N

CDT fører altid til en betydelig stigning i antallet af trådsnoninger N_T. Især for de to første gennemløb, N_Tnår mere end 34 for en spænding på 4,7 N og næsten 33 for en spænding på 8,5 N. Dette repræsenterer en stigning på ca. 20 % i forhold til den kommercielle wire. Anvendelse af et højere antal afleveringer fører til en yderligere stigning i N_Tkun i tilfælde af træning under spænding på 4,7 N. Tråden efter fire gennemløb viser den gennemsnitlige størrelse af N_Tover 37, hvilket sammenlignet med ledningen i udgangstilstand repræsenterer en stigning på over 30 %. Yderligere træning af tråden ved højere spændinger ville ikke længere ændre størrelsen af ​​tidligere opnået N_Tværdier (fig. 6d og 7d).

4. Analyse

De opnåede resultater viser, at metoden, der anvendes til wolframtråd CDT, praktisk talt ikke ændrer dens mekaniske parametre bestemt i trækprøver (der var kun et lille fald i den ultimative trækstyrke), men øgede dens signifikant

teknologiske egenskaber beregnet til en spiralproduktion; dette er repræsenteret ved antallet af drejninger i TT-testen. Dette bekræfter resultaterne af tidligere undersøgelser af Bochniak og Pieła (2007)

[4] om manglen på konvergens af træktestresultaterne med den observerede opførsel af ledninger i produktionsprocessen af ​​spiraler.

Reaktionen af ​​wolframtråde på CDT-processen afhænger væsentligt af den påførte spænding. Ved lavspændingskraft observerer man en parabolsk vækst i antallet af drejninger med antallet af gennemløb, mens anvendelsen af ​​større værdier af spænding fører (allerede efter to gennemløb) til at opnå mætningstilstanden og stabiliseringen af ​​tidligere opnåede teknologiske egenskaber (fig. 6d og 7d).

En sådan diversificeret reaktion af wolframtråden understreger det faktum, at størrelsen af ​​spændingen bestemmer den kvantitative ændring af både spændingstilstanden og deformationstilstanden af ​​materialet og følgelig dets elastisk-plastiske opførsel. Brug af højere spænding under plastbøjningsprocessen i tråd, der passerer mellem på hinanden følgende fejljusterede matricer, resulterer i en mindre trådbøjningsradius; derfor er plastikbelastningen i en retning vinkelret på trådens akse, der er ansvarlig for forskydningsmekanismen, større og fører til en lokaliseret plastisk strømning i forskydningsbåndene. På den anden side bevirker lav spænding, at CDT-processen af ​​tråd finder sted med større deltagelse af elastisk tøjning (det vil sige, at den plastiske tøjningsdel er mindre), hvilket begunstiger dominansen af ​​homogen deformation. Disse situationer er tydeligt forskellige fra dem, der opstår under den enaksede trækprøve.

Det skal også bemærkes, at CDT kun forbedrer de teknologiske egenskaber for ledninger med tilstrækkelig kvalitet, dvs. uden væsentlige indre defekter (porer, hulrum, diskontinuiteter, mikrorevner, mangel på tilstrækkelig kontinuitetsadhæsion ved korngrænser osv. .) som følge af fremstilling af tråd ved pulvermetallurgi. Ellers vil den stigende spredning af opnået værdi af snoninger N_Tsammen med en stigning i antallet af gennemløb indikerer en dybere differentiering af trådstrukturen i dens forskellige dele (i længden) og kan således også tjene som et nyttigt kriterium til at vurdere kvaliteten af ​​en kommerciel tråd. Disse problemer vil blive genstand for fremtidige undersøgelser.

Fig. 7 Effekt af mekanisk træning (antal gennemløb n) om mekanisk (a–c) og teknologisk (d) (defineret af N_Ti TT-testen) egenskaber af wolframtråd; påsat vægtværdi på 8,5 N

5. Konklusioner

1, CDT af wolframtråde forbedrer deres teknologiske egenskaber, som defineret i torsion med spændingstest af N_Tfør frakturering.

2， Forøgelsen af ​​N_Tindeks med omkring 20 % nås af en ledning udsat for to serier af CDT.

3， Størrelsen af ​​trådspændingen i processen med CDT har en betydelig indvirkning på dens teknologiske egenskaber defineret af værdien af ​​N_Tindeks. Dens højeste værdi blev nået af en tråd udsat for let spænding (trækspænding).

4， Brug af både højere spænding og flere cyklusser af multilateral bøjning med forskydning er ikke berettiget, fordi det kun resulterer i stabilisering af den tidligere nåede værdi af N_Tindeks.

5, Den betydelige forbedring af CDT-wolframtrådens teknologiske egenskaber er ikke ledsaget af en ændring af mekaniske parametre bestemt i træktest, hvilket bekræfter den fastholdte tro på den lave anvendelighed af en sådan test til at forudse den teknologiske opførsel af ledningen.

Opnåede eksperimentelle resultater viser egnetheden CDT af wolframtråd til fremstilling af spiraler. Især, baseret på den metode, der anvendes til successivt fremrykning af trådlængden, forårsager cyklisk, multidirektional bøjning med lille belastning afslapning af de indre spændinger. Af denne grund er der en begrænsning for tendensen til, at tråden knækker under plastisk formning af spiraler. Som et resultat blev det bekræftet, at reduktion af mængden af ​​affald under fremstillingsbetingelser øger effektiviteten af ​​produktionsprocessen ved at eliminere nedetid automatiseret produktionsudstyr, hvor et nødstop skal aktiveres "manuelt" efter brud på ledningen. af operatøren.