1. Einführung

Wolframdrähte mit einer Dicke von mehreren bis zu mehreren zehn Mikrometern werden plastisch zu Spiralen geformt und für Glüh- und Entladungslichtquellen verwendet. Die Drahtherstellung basiert auf der Pulvertechnologie, das heißt, durch einen chemischen Prozess gewonnenes Wolframpulver wird nacheinander gepresst, gesintert und plastisch umgeformt (Rotationsschmieden und Ziehen). Beachten Sie, dass der Drahtwickelprozess zu guten plastischen Eigenschaften und einer „nicht zu hohen“ Elastizität führen muss. Andererseits sind rekristallisierte Drähte aufgrund der Ausbeutungsbedingungen von Spiralen und vor allem der geforderten hohen Kriechfestigkeit nicht für die Produktion geeignet, insbesondere wenn sie ein grobkörniges Gefüge aufweisen.

Durch die mechanische Ausbildung ist es möglich, die mechanischen und plastischen Eigenschaften metallischer Werkstoffe zu verändern, insbesondere die Kaltverfestigung ohne Glühbehandlung zu reduzieren. Bei diesem Verfahren wird das Metall einer wiederholten, abwechselnden und wenig plastischen Verformung ausgesetzt. Die Auswirkungen der zyklischen Gegenbiegung auf die mechanischen Eigenschaften von Metallen werden unter anderem in der Arbeit von Bochniak und Mosor [1] dokumentiert, wobei hier CuSn 6,5 % Zinnbronzestreifen verwendet werden. Es zeigte sich, dass mechanisches Training zu einer Arbeitserweichung führt.
Leider reichen die in einfachen einachsigen Zugversuchen ermittelten mechanischen Parameter von Wolframdrähten bei weitem nicht aus, um deren Verhalten im Produktionsprozess von Spiralen vorherzusagen. Diese Drähte zeichnen sich trotz ähnlicher mechanischer Eigenschaften häufig durch eine deutlich unterschiedliche Wickelempfindlichkeit aus. Daher gelten bei der Beurteilung der technologischen Eigenschaften von Wolframdraht die Ergebnisse der folgenden Tests als zuverlässiger: Kerndrahtwicklung, unidirektionale Torsion, Messerkantenkompression, Biege- und Streckung oder reversible Banderolierung [2] . Kürzlich wurde ein neuer technologischer Test vorgeschlagen [3], bei dem der Draht einer gleichzeitigen Torsion und Zugbelastung ausgesetzt wird (TT-Test), und der Spannungszustand – nach Meinung der Autoren – nahe an dem liegt, der im Produktionsprozess auftritt der Filamente. Darüber hinaus haben die Ergebnisse von TT-Tests, die an Wolframdrähten mit unterschiedlichen Durchmessern durchgeführt wurden, gezeigt, dass es in der Lage ist, deren späteres Verhalten während technologischer Prozesse vorherzusagen [4, 5].

Das Ziel der hier vorgestellten Arbeit besteht darin, die Frage zu beantworten, ob und ob in welchem ​​Ausmaß der Einsatz der zyklischen Verformungsbehandlung (CDT) an Wolframdraht durch kontinuierliches mehrseitiges Biegen mit Scherverfahren [6] dessen mechanische und technologische Veränderung bewirken kann wichtige Eigenschaften.

Generell kann die zyklische Verformung von Metallen (z. B. durch Zug und Druck oder beidseitige Biegung) von zwei unterschiedlichen Strukturprozessen begleitet sein. Die erste ist charakteristisch für die Verformung mit kleinen Amplituden und

Hierbei handelt es sich um sogenannte Ermüdungsphänomene, die dazu führen, dass das stark kaltverfestigte Metall in ein verformungserweichtes umgewandelt wird, bevor es zu seiner Zerstörung kommt [7].

Der zweite Prozess, der bei der Verformung mit hohen Dehnungsamplituden vorherrscht, führt zu einer starken Heterogenisierung der plastischen Strömungen erzeugenden Scherbänder. Infolgedessen kommt es zu einer drastischen Fragmentierung der Metallstruktur, insbesondere zur Bildung nanoskaliger Körner, und damit zu einer deutlichen Verbesserung seiner mechanischen Eigenschaften auf Kosten der Bearbeitbarkeit. Ein solcher Effekt wird beispielsweise durch die von Huang et al. entwickelte kontinuierliche, sich wiederholende Riffel- und Richtmethode erzielt. [8], das aus dem mehrfachen, abwechselnden Durchführen (Walzen) von Bändern zwischen den „gezahnten“ und glatten Walzen besteht, oder auf eine anspruchsvollere Weise, bei der es sich um eine Methode des kontinuierlichen Biegens unter Spannung handelt [9], bei der das Band gedehnt wird wird aufgrund einer reversiblen Bewegung entlang seiner Länge durch einen Satz rotierender Rollen kontraflexiert. Natürlich kann die ausgedehnte Fragmentierung von Körnern auch bei monotoner Verformung mit großer Dehnung erreicht werden, indem die sogenannten Severe Plastic Deformation-Methoden verwendet werden, insbesondere die Methoden der Equal Channel Angular Extrusion [10], die am häufigsten die Bedingungen für einfache Verformung erfüllen Scherung von Metall. Leider werden sie überwiegend im Labormaßstab eingesetzt und sind technisch nicht möglich

um damit spezifische mechanische Eigenschaften von langen Bändern oder Drähten zu erzielen.

Es wurden auch einige Versuche unternommen, den Einfluss zyklisch wechselnder Scherkräfte, die bei kleinen Verformungseinheiten angewendet werden, auf die Fähigkeit zur Aktivierung von Ermüdungsphänomenen zu beurteilen. Die Ergebnisse experimenteller Untersuchungen [11] an Kupfer- und Kobaltstreifen durch Gegenbiegung mit Scherung bestätigten die obige These. Obwohl die Methode der Gegenbiegung mit Scherung relativ einfach auf flache Metallteile angewendet werden kann, ist die direktere Anwendung bei Drähten nicht sinnvoll, da sie per Definition keine Garantie für die Erzielung einer homogenen Struktur und damit identischer Eigenschaften bietet der Umfang (mit beliebig ausgerichtetem Radius) des Drahtes. Aus diesem Grund verwendet dieser Artikel eine neu entwickelte und originelle CDT-Methode für dünne Drähte, die auf kontinuierlichem mehrseitigem Biegen mit Scherung basiert.

Abb. 1 Schema des Prozesses der mechanischen Ausbildung von Drähten:1 Wolframdraht,2 Spule mit Draht zum Abwickeln,3 System aus sechs rotierenden Matrizen,4 Wickelspule,5 Bruchgewicht und6 Bremse (Stahlzylinder mit einem Band aus Zinnbronze darum herum)

2. Experimentieren

Die CDT von Wolframdraht mit einem Durchmesser von 200 μm wurde auf einem speziell konstruierten Testgerät durchgeführt, dessen Schema in Abb. 1 dargestellt ist. Abgewickelter Draht (1) von der Spule

(2) mit einem Durchmesser von 100 mm wurde in ein System von sechs Matrizen (3) mit Löchern vom gleichen Durchmesser wie der Draht eingeführt, die in einem gemeinsamen Gehäuse befestigt waren und sich mit einer Geschwindigkeit von 1.350 U/min um die Achse drehten. min. Nach dem Durchlaufen der Vorrichtung wurde der Draht auf die Spule (4) mit einem Durchmesser von 100 mm aufgerollt, die sich mit einer Geschwindigkeit von 115 U/min drehte. Die angewandten Parameter bestimmen, dass die lineare Geschwindigkeit des Drahtes relativ zu den rotierenden Düsen 26,8 mm/Umdrehung beträgt.

Die entsprechende Konstruktion des Matrizensystems bedeutete, dass sich jede zweite Matrize exzentrisch drehte (Abb. 2) und jedes durch die rotierenden Matrizen laufende Drahtstück einer kontinuierlichen mehrseitigen Biegung mit durch Abziehen an der Kante der Innenfläche der Matrizen induzierter Scherung ausgesetzt war.

Abb. 2 Schematischer Aufbau der rotierenden Matrizen (beschriftet mit Nummer).3 in Abb. 1)

Abb. 3 Matrizensystem: eine Gesamtansicht; b Grundteile:1 zentrische Matrizen,2 Exzenterwürfel,3 Distanzringe

Der abgewickelte Draht stand unter dem Einfluss einer Anfangsspannung aufgrund der Zugbeaufschlagung, die ihn nicht nur vor Verheddern schützt, sondern auch die gegenseitige Beteiligung von Biege- und Scherverformung bestimmt. Möglich wurde dies durch die auf der Spule montierte Bremse in Form eines durch ein Gewicht gedrückten Zinnbronzestreifens (in Abb. 1 mit 5 und 6 bezeichnet). Abbildung 3 zeigt das Aussehen des Trainingsgeräts im zusammengeklappten Zustand und alle seine Komponenten. Das Training der Drähte wurde mit zwei unterschiedlichen Gewichten durchgeführt:

4,7 und 8,5 N, bis zu vier Durchgänge durch den Matrizensatz. Die Axialspannung betrug 150 bzw. 270 MPa.

Zugversuche des Drahtes (sowohl im Ausgangszustand als auch im trainierten Zustand) wurden auf der Prüfmaschine von Zwick Roell durchgeführt. Die Messlänge der Proben betrug 100 mm und die Zugdehnungsrate betrug

8×10⁻³ s⁻¹. Jeweils ein Messpunkt (für jeden

der Varianten) entspricht mindestens fünf Stichproben.

Der TT-Test wurde mit einem speziellen Gerät durchgeführt, dessen Schema in Abb. 4 dargestellt ist, das zuvor von Bochniak et al. vorgestellt wurde. (2010). Der Wolframdraht (1) mit einer Länge von 1 m wurde in der Mitte in eine Halterung (2) gelegt, und dann wurden seine Enden nach Durchlaufen der Führungsrollen (3) und Anbringen von Gewichten (4) von jeweils 10 N, wurden in einer Klemme (5) blockiert. Durch die Drehbewegung der Klinke (2) wurden zwei Drahtstücke aufgewickelt

(auf sich selbst aufgerollt), mit fixierten Enden der getesteten Probe, wurde mit einer allmählichen Erhöhung der Zugspannungen durchgeführt.

Das Testergebnis war die Anzahl der Drehungen (N_T) erforderlich, um den Draht zu reißen, und trat normalerweise an der Vorderseite des gebildeten Gewirrs auf, wie in Abb. 5 dargestellt. Es wurden mindestens zehn Tests pro Variante durchgeführt. Nach dem Training hatte der Draht eine leicht wellige Form. Es sollte betont werden, dass nach den Arbeiten von Bochniak und Pieła (2007) [4] und Filipek (2010)

[5] Der TT-Test ist eine einfache, schnelle und kostengünstige Methode zur Bestimmung der technologischen Eigenschaften von Drähten, die zum Wickeln bestimmt sind.

Abb. 4 Schema des TT-Tests:1 geprüfter Draht,2 durch einen Elektromotor gedrehter Riegel, gekoppelt mit der Drehaufnahmevorrichtung,3 Führungsrollen,4Gewichte,5 Backen klemmen die Drahtenden fest

3. Ergebnisse

Die Auswirkung der Vorspannung und der Anzahl der Durchgänge im CDT-Prozess auf die Eigenschaften von Wolframdrähten ist in den Abbildungen dargestellt. 6 und 7. Eine große Streuung der erhaltenen mechanischen Parameter des Drahtes verdeutlicht das Ausmaß der Inhomogenität des durch Pulvertechnologie erhaltenen Materials. Daher konzentriert sich die durchgeführte Analyse auf die Trends der Änderungen der getesteten Eigenschaften und nicht auf deren absolute Werte.

Kommerzieller Wolframdraht zeichnet sich durch durchschnittliche Werte der Streckgrenze (YS) von 2.026 MPa, einer Zugfestigkeit (UTS) von 2.294 MPa und einer Gesamtdehnung von aus

A≈2,6 % und der N_Tbis zu 28. Unabhängig davon

Größe der angelegten Spannung, CDT führt nur zu einem geringen

Abnahme von UTS (nicht mehr als 3 % für den Draht nach vier Durchgängen) und sowohl YS als auchA bleiben relativ auf dem gleichen Niveau (Abb. 6a–c und 7a–c).

Abb. 5 Ansicht des Wolframdrahtes nach dem Bruch im TT-Test

Abb. 6 Wirkung des mechanischen Trainings (Anzahl der Durchgänge n) auf mechanisch (a–c) und technologisch (d) (definiert durch N_Tim TT-Test) Eigenschaften von Wolframdraht; angehängter Gewichtswert von 4,7 N

CDT führt immer zu einer deutlichen Erhöhung der Anzahl der Drahtverdrillungen N_T. Insbesondere für die ersten beiden Durchgänge, N_Terreicht mehr als 34 bei einer Zugkraft von 4,7 N und fast 33 bei einer Zugkraft von 8,5 N. Dies entspricht einer Steigerung von ca. 20 % gegenüber dem handelsüblichen Draht. Die Anwendung einer höheren Anzahl von Durchgängen führt zu einem weiteren Anstieg von N_Tnur bei Training unter Zugkraft von 4,7 N. Der Draht zeigt nach vier Durchgängen den durchschnittlichen Wert von N_Tüber 37, was im Vergleich zum Draht im Ausgangszustand einer Steigerung von über 30 % entspricht. Eine weitere Ausbildung des Drahtes bei höheren Spannungen würde die Größe des zuvor erreichten N nicht mehr verändern_TWerte (Abb. 6d und 7d).

4. Analyse

Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass das für Wolframdraht-CDT verwendete Verfahren die in Zugversuchen ermittelten mechanischen Parameter praktisch nicht verändert (es kam nur zu einer geringfügigen Abnahme der Zugfestigkeit), diese jedoch deutlich erhöht

technologische Eigenschaften, die für die Herstellung von Spiralen vorgesehen sind; Dies wird durch die Anzahl der Drehungen im TT-Test dargestellt. Dies bestätigt die Ergebnisse früherer Studien von Bochniak und Pieła (2007).

[4] über die mangelnde Übereinstimmung der Zugversuchsergebnisse mit dem beobachteten Verhalten von Drähten im Produktionsprozess von Spiralen.

Die Reaktion von Wolframdrähten auf den CDT-Prozess hängt maßgeblich von der angelegten Spannung ab. Bei niedriger Spannungskraft beobachtet man ein parabolisches Wachstum der Anzahl der Drehungen mit der Anzahl der Durchgänge, während die Anwendung größerer Spannungswerte (bereits nach zwei Durchgängen) zum Erreichen des Sättigungszustands und zur Stabilisierung der zuvor erreichten Technologie führt Eigenschaften (Abb. 6d und 7d).

Eine derart vielfältige Reaktion des Wolframdrahtes unterstreicht die Tatsache, dass die Größe der Spannung die quantitative Änderung sowohl des Spannungszustands als auch des Verformungszustands des Materials und damit seines elastisch-plastischen Verhaltens bestimmt. Die Verwendung einer höheren Spannung während des plastischen Biegeprozesses beim Drahtdurchlauf zwischen aufeinanderfolgenden, falsch ausgerichteten Matrizen führt zu einem kleineren Drahtbiegeradius; Daher ist die plastische Dehnung in einer Richtung senkrecht zur Drahtachse, die für den Schermechanismus verantwortlich ist, größer und führt zu einem lokalisierten plastischen Fluss in den Scherbändern. Andererseits führt eine niedrige Spannung dazu, dass der CDT-Prozess des Drahts mit größerer Beteiligung der elastischen Dehnung stattfindet (d. h. der plastische Dehnungsanteil ist kleiner), was die Dominanz der homogenen Verformung begünstigt. Diese Situationen unterscheiden sich deutlich von denen, die beim einachsigen Zugversuch auftreten.

Es ist auch zu beachten, dass CDT die technologischen Eigenschaften nur bei Drähten mit ausreichender Qualität verbessert, d .), die bei der pulvermetallurgischen Herstellung von Draht anfallen. Andernfalls nimmt die Streuung des erhaltenen Wertes der Drehungen N zu_TZusammen mit einer Erhöhung der Anzahl der Durchgänge deutet dies auf eine stärkere Differenzierung der Drahtstruktur in ihren verschiedenen Teilen (in der Länge) hin und kann daher auch als nützliches Kriterium für die Beurteilung der Qualität eines kommerziellen Drahtes dienen. Diese Probleme werden Gegenstand künftiger Untersuchungen sein.

Abb. 7 Wirkung des mechanischen Trainings (Anzahl der Durchgänge n) auf mechanisch (a–c) und technologisch (d) (definiert durch N_Tim TT-Test) Eigenschaften von Wolframdraht; angebrachter Gewichtswert von 8,5 N

5. Schlussfolgerungen

1, CDT von Wolframdrähten verbessert ihre technologischen Eigenschaften, wie im Torsions-mit-Zug-Test von N. definiert_Tvor dem Bruch.

2, Die Zunahme des N_TEine Erhöhung des Index um etwa 20 % wird durch einen Draht erreicht, der zwei CDT-Serien unterzogen wurde.

3. Die Größe der Drahtspannung im CDT-Prozess hat einen erheblichen Einfluss auf seine technologischen Eigenschaften, die durch den Wert von N definiert werden_TIndex. Den höchsten Wert erreichte ein Draht, der einer leichten Spannung (Zugbeanspruchung) ausgesetzt war.

4， Die Verwendung sowohl höherer Spannung als auch mehrerer Zyklen multilateraler Biegung mit Scherung ist nicht gerechtfertigt, da dies nur zu einer Stabilisierung des zuvor erreichten N-Werts führt_TIndex.

5. Die signifikante Verbesserung der technologischen Eigenschaften des CDT-Wolframdrahts geht nicht mit einer Änderung der im Zugversuch ermittelten mechanischen Parameter einher, was die verbreitete Überzeugung bestätigt, dass ein solcher Test zur Vorhersage des technologischen Verhaltens des Drahts nur unzureichend geeignet ist.

Die gewonnenen Versuchsergebnisse belegen die Eignung von CDT-Wolframdraht zur Herstellung von Spiralen. Insbesondere führt zyklisches, multidirektionales Biegen mit geringer Dehnung, basierend auf der Methode des sukzessiven Vorschubs der Drahtlänge, zu einer Entspannung der inneren Spannungen. Aus diesem Grund ist die Bruchneigung des Drahtes bei der plastischen Spiralformung begrenzt. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass die Reduzierung der Abfallmenge unter Herstellungsbedingungen die Effizienz des Produktionsprozesses erhöht, indem Ausfallzeiten automatisierter Produktionsanlagen eliminiert werden, bei denen nach dem Bruch des Drahtes ein Not-Aus „manuell“ aktiviert werden muss durch den Betreiber.