1. Introducción

Los alambres de tungsteno, con un espesor de varias a decenas de micrómetros, se forman plásticamente en espiral y se utilizan para fuentes de luz incandescentes y de descarga. La fabricación de alambre se basa en la tecnología del polvo, es decir, el polvo de tungsteno obtenido mediante un proceso químico se somete sucesivamente a prensado, sinterización y conformación plástica (forja rotativa y trefilado). Tenga en cuenta que el proceso de bobinado del alambre debe dar como resultado buenas propiedades plásticas y una elasticidad "no demasiado alta". Por otro lado, debido a las condiciones de funcionamiento de las espirales y, sobre todo, a la alta resistencia a la fluencia requerida, los alambres recristalizados no son adecuados para la producción, especialmente si tienen una estructura de grano grueso.

Modificar las propiedades mecánicas y plásticas de los materiales metálicos, en particular reducir el endurecimiento por deformación sin un tratamiento de recocido, es posible mediante formación mecánica. Este proceso consiste en someter el metal a deformaciones repetidas, alternas y poco plásticas. Los efectos de la contraflexión cíclica sobre las propiedades mecánicas de los metales están documentados, entre otros, en el artículo de Bochniak y Mosor [1], utilizando aquí tiras de bronce y estaño de CuSn al 6,5 %. Se ha demostrado que el entrenamiento mecánico conduce a una suavización del trabajo.
Desgraciadamente, los parámetros mecánicos de los alambres de tungsteno determinados en ensayos de tracción uniaxiales simples son muy insuficientes para predecir su comportamiento en el proceso de producción de espirales. Estos alambres, a pesar de tener propiedades mecánicas similares, a menudo se caracterizan por una susceptibilidad al bobinado significativamente diferente. Por lo tanto, al evaluar las características tecnológicas del alambre de tungsteno, los resultados de las siguientes pruebas se consideran más confiables: bobinado del alambre central, torsión unidireccional, compresión con filo de cuchillo, flexión y estiramiento o bandas reversibles [2]. . Recientemente, se propuso una nueva prueba tecnológica [3], en la que el alambre se somete a torsión simultánea con tensión (prueba TT), y el estado tensional, en opinión de los autores, es cercano al que ocurre en el proceso de producción. de los filamentos. Además, los resultados de las pruebas TT realizadas en alambres de tungsteno de diferentes diámetros han demostrado su capacidad para anticipar su comportamiento posterior durante los procesos tecnológicos [4, 5].

El objetivo del trabajo presentado en este documento es responder a la pregunta de si, y en qué medida, el uso del tratamiento de deformación cíclica (CDT) en alambre de tungsteno mediante flexión multilateral continua con método de corte [6], puede modificar sus propiedades mecánicas y tecnológicas. propiedades importantes.

En términos generales, la deformación cíclica de los metales (por ejemplo, por tensión y compresión o flexión bilateral) puede ir acompañada de dos procesos estructurales diferentes. El primero es característico por la deformación con pequeñas amplitudes y

Implica el llamado fenómeno de fatiga, que da como resultado que el metal fuertemente endurecido se convierta en uno reblandecido por deformación antes de que se produzca su destrucción [7].

El segundo proceso, dominante durante la deformación con amplitudes de deformación altas, produce una fuerte heterogeneización de las bandas de corte generadoras de flujo plástico. En consecuencia, se produce una fragmentación drástica de la estructura metálica, en particular, la formación de granos nanométricos y, por tanto, un aumento significativo de sus propiedades mecánicas a expensas de la trabajabilidad. Tal efecto se obtiene, por ejemplo, en el método de enderezamiento y ondulación repetitiva continua desarrollado por Huang et al. [8], que consiste en el paso (laminación) múltiple y alterno de tiras entre los rodillos “engranados” y lisos, o de forma más sofisticada, que es un método de doblado continuo bajo tensión [9], donde la tira estirada está en contraflexión debido a un movimiento reversible a lo largo de su longitud del conjunto de rodillos giratorios. Por supuesto, la fragmentación extensa de los granos también se puede obtener durante la deformación monótona con gran deformación, utilizando los llamados métodos de deformación plástica severa, en particular, los métodos de extrusión angular de canal igual [10] que a menudo satisfacen las condiciones para procesos simples. corte de metal. Desafortunadamente, se utilizan principalmente a escala de laboratorio y técnicamente no es posible.

utilizarlos para obtener propiedades mecánicas específicas de tiras o alambres largos.

También se han realizado algunos intentos para evaluar la influencia del corte cíclicamente cambiante aplicado con deformaciones unitarias pequeñas sobre la capacidad de activar los fenómenos de fatiga. Los resultados de los estudios experimentales realizados [11] sobre tiras de cobre y cobalto mediante contraflexión con cizallamiento confirmaron la tesis anterior. Aunque el método de contraflexión con cizallamiento es bastante fácil de aplicar a piezas metálicas planas, la aplicación más directa a alambres no tiene sentido, porque, por definición, no garantiza la obtención de una estructura homogénea y, por tanto, de propiedades idénticas. la circunferencia (con radio orientado arbitrariamente) del alambre. Por esta razón, este artículo utiliza un método original y recientemente formado de CDT diseñado para alambres delgados, basado en flexión multilateral continua con corte.

Fig. 1 Esquema del proceso de formación mecánica de cables:1 alambre de tungsteno,2 bobina con alambre para desenrollar,3 sistema de seis matrices giratorias,4 bobina de bobinado,5 romper el peso, y6 freno (cilindro de acero con una banda de bronce de estaño alrededor)

2. Experimentar

La CDT de alambre de tungsteno con un diámetro de 200 μm se realizó en un dispositivo de prueba construido especialmente, cuyo esquema se muestra en la Fig. 1. Alambre desenrollado (1) de la bobina

(2) de 100 mm de diámetro, se introdujo en un sistema de seis matrices (3), con orificios del mismo diámetro que el alambre, que se fijan en una carcasa común y giran alrededor del eje a una velocidad de 1.350 rev/. mín. Después de pasar por el dispositivo, el alambre se enrolló sobre la bobina (4) de 100 mm de diámetro que giraba a una velocidad de 115 rev/min. Los parámetros aplicados deciden que la velocidad lineal del alambre con respecto a las matrices giratorias es de 26,8 mm/rev.

El diseño apropiado del sistema de troqueles significó que cada segundo troquel giraba excéntricamente (Fig. 2), y cada trozo de alambre que pasaba a través de los troqueles giratorios se sometía a una flexión multilateral continua con cizallamiento inducido mediante planchado en el borde de la superficie interior de los troqueles.

Fig. 2 Diseño esquemático de los troqueles giratorios (etiquetados con el número3 en la figura 1)

Fig. 3 Sistema de troqueles: vista general; b partes básicas:1 troqueles centrados,2 troqueles excéntricos,3 anillos espaciadores

El alambre desenrollado estaba bajo la influencia de la tensión inicial debido a la aplicación de tensión, lo que no sólo lo protege de enredos, sino que también determina la participación mutua de la deformación por flexión y corte. Esto fue posible lograr gracias al freno montado en la bobina en forma de una tira de bronce de estaño presionada por un peso (designado como 5 y 6 en la Fig. 1). La figura 3 muestra el aspecto del dispositivo de entrenamiento una vez plegado, y cada uno de sus componentes. El entrenamiento de los cables se realizó con dos pesos diferentes:

4,7 y 8,5 N, hasta cuatro pasadas por el juego de matrices. La tensión axial ascendió respectivamente a 150 y 270 MPa.

Las pruebas de tracción del alambre (tanto en estado inicial como entrenado) se realizaron en la máquina de prueba Zwick Roell. La longitud del calibre de las muestras fue de 100 mm y la velocidad de deformación por tracción fue

8×10⁻³ s⁻¹. En cada caso, un punto de medición (para cada

de las variantes) representa al menos cinco muestras.

La prueba TT se realizó en un aparato especial cuyo esquema se muestra en la Fig. 4 presentada anteriormente por Bochniak et al. (2010). El centro del alambre de tungsteno (1) con una longitud de 1 m se colocó en un pestillo (2), y luego sus extremos, después de pasar por los rodillos guía (3), y sujetar pesas (4) de 10 N cada una, quedaron bloqueados en una abrazadera (5). El movimiento giratorio del pestillo (2) provocó que se enrollaran dos trozos de alambre.

(enrollados sobre sí mismos), con los extremos fijos de la muestra ensayada, se llevó a cabo con un aumento gradual de las tensiones de tracción.

El resultado de la prueba fue el número de giros (N_T) necesitaba romper el cable y generalmente ocurría en la parte frontal de la maraña formada, como se muestra en la Fig. 5. Se realizaron al menos diez pruebas por variante. Después del entrenamiento, el alambre tenía una forma ligeramente ondulada. Cabe destacar que según los artículos de Bochniak y Pieła (2007) [4] y Filipek (2010)

[5] la prueba TT es un método simple, rápido y económico para determinar las propiedades tecnológicas de los cables destinados al bobinado.

Fig.4 Esquema de la prueba TT:1 alambre probado,2 captura girada por un motor eléctrico, acoplada con el dispositivo de registro de torsión,3 rollos de guía,4pesas,5 mandíbulas que sujetan los extremos del alambre

3. Resultados

El efecto de la tensión inicial y el número de pasadas en el proceso CDT sobre las propiedades de los alambres de tungsteno se muestran en las Figs. 6 y 7. Una gran variedad de parámetros mecánicos obtenidos del alambre ilustran la escala de falta de homogeneidad del material obtenido mediante tecnología de polvo y, por lo tanto, el análisis realizado se centra en las tendencias de los cambios de las propiedades probadas y no en sus valores absolutos.

El alambre de tungsteno comercial se caracteriza por valores promedio de límite elástico (YS) igual a 2.026 MPa, resistencia máxima a la tracción (UTS) de 2.294 MPa, alargamiento total de

A≈2,6 % y el N_Thasta 28. Independientemente de la

magnitud de la tensión aplicada, CDT da como resultado sólo una pequeña

disminución de UTS (que no exceda el 3 % para el cable después de cuatro pasadas), y tanto YS comoA permanecen relativamente al mismo nivel (Figs. 6a – c y 7a – c).

Fig. 5 Vista del alambre de tungsteno después de la fractura en la prueba TT

Fig. 6 Efecto del entrenamiento mecánico (número de pases sustantivo, masculino—) en mecánica (a – c) y tecnológica (d) (definida por N_Ten la prueba TT) propiedades del alambre de tungsteno; valor de peso adjunto de 4,7 N

CDT siempre conduce a un aumento significativo en el número de vueltas de alambre N_T. En particular, para los dos primeros pases, N_Talcanza más de 34 para una tensión de 4,7 N y casi 33 para una tensión de 8,5 N. Esto representa un aumento de aproximadamente un 20 % con respecto al alambre comercial. La aplicación de un mayor número de pasadas conduce a un mayor aumento de N_Tsólo en el caso de entrenamiento bajo tensión de 4,7 N. El cable después de cuatro pasadas muestra la magnitud promedio de N_Tsuperior a 37, lo que, respecto al hilo en estado inicial, supone un incremento superior al 30 %. Un mayor entrenamiento del alambre a tensiones más altas ya no cambiaría la magnitud del N previamente logrado._Tvalores (Figs. 6d y 7d).

4. Análisis

Los resultados obtenidos muestran que el método utilizado para el CDT con alambre de tungsteno prácticamente no cambia sus parámetros mecánicos determinados en los ensayos de tracción (solo hubo una ligera disminución en la resistencia última a la tracción), pero aumentó significativamente su

propiedades tecnológicas destinadas a la producción de espirales; esto está representado por el número de giros en la prueba TT. Esto confirma los resultados de estudios anteriores de Bochniak y Pieła (2007).

[4] sobre la falta de convergencia de los resultados de los ensayos de tracción con el comportamiento observado de los alambres en el proceso de producción de espirales.

La reacción de los alambres de tungsteno durante el proceso de CDT depende significativamente de la tensión aplicada. Con una fuerza de baja tensión, se observa un crecimiento parabólico en el número de giros con el número de pasadas, mientras que la aplicación de valores mayores de tensión conduce (ya después de dos pasadas) a alcanzar el estado de saturación y la estabilización de los avances tecnológicos previamente obtenidos. propiedades (Figs. 6d y 7d).

Una respuesta tan diversificada del alambre de tungsteno subraya el hecho de que la magnitud de la tensión determina el cambio cuantitativo tanto del estado de tensión como del estado de deformación del material y, en consecuencia, su comportamiento elástico-plástico. El uso de una tensión más alta durante el proceso de doblado de plástico en el alambre que pasa entre matrices desalineadas sucesivas da como resultado un radio de doblado de alambre más pequeño; por lo tanto, la deformación plástica en una dirección perpendicular al eje del alambre responsable del mecanismo de corte es mayor y conduce a un flujo plástico localizado en las bandas de corte. Por otro lado, una baja tensión hace que el proceso CDT del alambre se lleve a cabo con mayor participación de deformación elástica (es decir, la parte de deformación plástica es menor), lo que favorece el predominio de la deformación homogénea. Estas situaciones son claramente diferentes de las que ocurren durante el ensayo de tracción uniaxial.

También se debe tener en cuenta que CDT mejora las características tecnológicas sólo para alambres con calidad suficiente, es decir, sin defectos internos significativos (poros, huecos, discontinuidades, microfisuras, falta de adherencia de continuidad suficiente en los límites de grano, etc.). .) resultantes de la producción de alambre mediante pulvimetalurgia. De lo contrario, la dispersión creciente del valor obtenido de giros N_Tjunto con un aumento en el número de pasadas indica una diferenciación cada vez más profunda de la estructura del alambre en sus diversas partes (en longitud), por lo que también puede servir como un criterio útil para evaluar la calidad de un alambre comercial. Estos problemas serán objeto de futuras investigaciones.

Fig. 7 Efecto del entrenamiento mecánico (número de pases sustantivo, masculino—) en mecánica (a – c) y tecnológica (d) (definida por N_Ten la prueba TT) propiedades del alambre de tungsteno; valor de peso adjunto de 8,5 N

5. Conclusiones

1, la CDT de alambres de tungsteno mejora sus propiedades tecnológicas, tal como se define en la prueba de torsión con tensión de N_Tantes de fracturarse.

2, el aumento de N_TEl índice en aproximadamente un 20 % se alcanza mediante un cable sometido a dos series de CDT.

3. La magnitud de la tensión del alambre en el proceso de CDT tiene un impacto significativo en sus propiedades tecnológicas definidas por el valor de N._Tíndice. Su valor más alto lo alcanzó un alambre sometido a una ligera tensión (esfuerzo de tracción).

4. El uso de mayor tensión y más ciclos de flexión multilateral con corte no está justificado porque solo da como resultado la estabilización del valor de N previamente alcanzado._Tíndice.

5. La mejora significativa de las propiedades tecnológicas del alambre de tungsteno CDT no va acompañada de un cambio en los parámetros mecánicos determinados en el ensayo de tracción, lo que confirma la creencia sostenida de la baja utilidad de dicho ensayo para anticipar el comportamiento tecnológico del alambre.

Los resultados experimentales obtenidos demuestran la idoneidad del CDT del alambre de tungsteno para la producción de espirales. En particular, basándose en el método utilizado para hacer avanzar sucesivamente la longitud del cable, la flexión cíclica y multidireccional con poca tensión provoca la relajación de las tensiones internas. Por este motivo existe una limitación en la tendencia del alambre a romperse durante la conformación plástica de las espirales. Como resultado, se confirmó que reducir la cantidad de desperdicio en las condiciones de fabricación aumenta la eficiencia del proceso de producción al eliminar el tiempo de inactividad de los equipos de producción automatizados en los que, después de romper el cable, se debe activar “manualmente” una parada de emergencia. por el operador.