1. Johdanto

Volframilangat, joiden paksuus on useista kymmeniin mikrometreihin, muodostetaan plastisesti spiraaleiksi ja niitä käytetään hehku- ja purkausvalonlähteisiin. Lankavalmistus perustuu jauheteknologiaan, eli kemiallisella prosessilla saatu volframijauhe puristetaan, sintrataan ja muovataan peräkkäin (kiertotaonta ja -veto). Huomaa, että lankakelausprosessin tulee johtaa hyviin muoviominaisuuksiin ja "ei liian korkeaan" elastisuuteen. Toisaalta spiraalien käyttöolosuhteiden ja ennen kaikkea vaaditun korkean virumisvastuksen vuoksi uudelleenkiteytetyt johdot eivät sovellu tuotantoon, varsinkaan jos ne ovat karkearakeita.

Metallitallisten materiaalien mekaanisten ja plastisten ominaisuuksien muuttaminen, erityisesti voimakkaan työkovettuman vähentäminen ilman hehkutuskäsittelyä on mahdollista mekaanisen koulutuksen avulla. Tämä prosessi koostuu metallin altistamisesta toistuvalle, vuorottelevalle ja vähän plastiselle muodonmuutokselle. Syklisen kontraflexion vaikutukset metallien mekaanisiin ominaisuuksiin on dokumentoitu mm. Bochniakin ja Mosorin [1] paperissa, jossa käytetään CuSn 6,5 % tinapronssiliuskoja. Osoitettiin, että mekaaninen harjoittelu johtaa työn pehmenemiseen.
Valitettavasti yksinkertaisissa yksiakselisissa vetokokeissa määritetyt volframilankojen mekaaniset parametrit ovat aivan riittämättömiä ennustamaan niiden käyttäytymistä spiraalien valmistusprosessissa. Näille johtimille on samankaltaisista mekaanisista ominaisuuksista huolimatta usein tunnusomaista merkittävästi erilainen käämitysherkkyys. Siksi volframilangan teknisiä ominaisuuksia arvioitaessa seuraavien testien tuloksia pidetään luotettavampina: ydinlangan käämitys, yksisuuntainen vääntö, veitsen terän puristus, taivutus ja venytys tai käännettävä nauha [2] . Äskettäin ehdotettiin uutta teknologista testiä [3], jossa lankaan kohdistuu samanaikaisesti vääntö ja jännitys (TT-testi) ja jännitystila on tekijöiden mielestä lähellä tuotantoprosessissa esiintyvää. filamenteista. Lisäksi erihalkaisijaisilla volframilangoilla tehtyjen TT-testien tulokset ovat osoittaneet sen kyvyn ennakoida niiden myöhempää käyttäytymistä teknisten prosessien aikana [4, 5].

Tässä esitellyn työn tavoitteena on vastata kysymykseen, voiko pyöräilymuodonmuutoskäsittelyn (CDT) käyttö volframilangalla jatkuvalla monenvälisellä taivutuksella leikkausmenetelmällä [6] muuttaa sen mekaanista ja teknologista menetelmää, ja missä määrin. tärkeitä ominaisuuksia.

Yleisesti ottaen metallien sykliseen muodonmuutokseen (esim. jännityksen ja puristuksen tai molemminpuolisen taivutuksen seurauksena) voi liittyä kaksi erilaista rakenneprosessia. Ensimmäinen on ominaista muodonmuutokselle pienillä amplitudeilla ja

Siihen liittyy ns. väsymisilmiöitä, jolloin vahvasti työstökarkaistu metalli muuttuu jännityspehmennetyksi ennen kuin se tuhoutuu [7].

Toinen prosessi, joka on hallitseva muodonmuutoksen aikana suurilla jännitysamplitudilla, tuottaa voimakkaan muovivirtausta synnyttävien leikkausnauhojen heterogenisoitumisen. Seurauksena on metallirakenteen raju pirstoutuminen, erityisesti nanokokoisten rakeiden muodostuminen, jolloin sen mekaaniset ominaisuudet paranevat merkittävästi työstettävyyden kustannuksella. Tällainen vaikutus saadaan esim. Huang et ai. kehittämällä jatkuvalla toistuvalla aallotus- ja oikaisumenetelmällä. [8], joka koostuu useista, vuorotellen, nauhojen siirtämisestä (rullamisesta) "vaihteiston" ja sileän telan välillä tai kehittyneemmällä tavalla, joka on menetelmä jatkuvaan taivutukseen jännityksen alaisena [9], jossa venytetty nauha on kontraflexinen johtuen käänteisestä liikkeestä pyörivien telojen sarjan pituudella. Rakeiden laaja fragmentoituminen voidaan tietysti saada aikaan myös monotonisen muodonmuutoksen aikana suurella jännityksellä käyttämällä ns. Severe Plastic Deformation -menetelmiä, erityisesti Equal Channel Angular Extrusion [10] menetelmiä, jotka useimmiten täyttävät yksinkertaisen muodon edellytykset. metallin leikkaus. Valitettavasti niitä käytetään pääasiassa laboratoriomittakaavassa, eikä se ole teknisesti mahdollista

käyttää niitä pitkien nauhojen tai lankojen erityisten mekaanisten ominaisuuksien saamiseksi.

Joitakin yrityksiä on myös tehty arvioida syklisesti muuttuvan leikkausvoiman vaikutusta pienillä yksikködeformaatioilla kykyyn aktivoida väsymisilmiöitä. Tulokset kokeellisista tutkimuksista, jotka tehtiin [11] kupari- ja kobolttiliuskoille kontrafleksoinnilla ja leikkausleikkauksella, vahvistivat edellä olevan väitteen. Vaikka kontraflexuuria leikkausmenetelmällä on melko helppo soveltaa litteisiin metalliosiin, suorempi lankojen käyttö ei ole järkevää, koska se ei määritelmän mukaan takaa homogeenisen rakenteen ja siten identtisten ominaisuuksien saavuttamista. langan ympärysmitta (satunnaisesti suunnatulla säteellä). Tästä syystä tässä paperissa hyödynnetään äskettäin muotoiltua ja alkuperäistä CDT-menetelmää, joka on suunniteltu ohuille langoille, joka perustuu jatkuvaan monenväliseen taivutukseen leikkaamalla.

Kuva 1 Kaavio johtojen mekaanisen harjoittelun prosessista:1 volframi lanka,2 kela langalla kelaamiseen,3 kuuden pyörivän muotin järjestelmä,4 käämityskela,5 taukopaino ja6 jarru (terässylinteri, jonka ympärillä on tinapronssinauha)

2. Kokeile

Halkaisijaltaan 200 μm:n volframilangan CDT suoritettiin erityisesti rakennetulla testilaitteella, jonka kaavio on esitetty kuvassa 1. Kelaamaton lanka (1) kelasta

(2), jonka halkaisija on 100 mm, laitettiin kuuden meistin järjestelmään (3), joissa on saman halkaisijan omaavat reiät kuin lanka, jotka on kiinnitetty yhteiseen koteloon ja pyörivät akselin ympäri nopeudella 1350 rp/ min. Laitteen läpi kulkemisen jälkeen lanka kelattiin halkaisijaltaan 100 mm:n kelalle (4), joka pyörii nopeudella 115 rp/min. Käytetyt parametrit määräävät langan lineaarisen nopeuden suhteessa pyöriviin muotteihin on 26,8 mm/kierros.

Muottijärjestelmän asianmukainen suunnittelu tarkoitti, että joka toinen meisti pyörii epäkeskisesti (kuva 2), ja jokaiselle pyörivien muottien läpi kulkevalle langanpalalle tehtiin jatkuvaa monenvälistä taivutusta ja leikkausta, joka aiheutti silittämisen muottien sisäpinnan reunassa.

Kuva 2 Kaaviokaavio pyörivistä muotteista (merkitty numerolla3 kuvassa 1)

Kuva 3 Muottijärjestelmä: yleiskuva; b perusosat:1 keskeiset kuopat,2 eksentrinen kuopat,3 välirenkaat

Rullaamaton lanka oli alkujännityksen vaikutuksen alaisena jännityksen vaikutuksesta, mikä ei ainoastaan ​​suojaa sitä takertumiselta, vaan myös määrää molemminpuolisen osallistumisen taipumiseen ja leikkausmuodonmuutokseen. Tämä oli mahdollista saavuttaa kelaan kiinnitetyn jarrun ansiosta tinapronssinauhan muodossa, jota puristetaan painolla (merkitty numeroilla 5 ja 6 kuvassa 1). Kuvassa 3 näkyy laitteen harjoittelun ulkonäkö taitettuna ja jokainen sen osa. Johtojen harjoittelua suoritettiin kahdella eri painolla:

4,7 ja 8,5 N, jopa neljä kulkee suulakesarjan läpi. Aksiaalinen jännitys oli vastaavasti 150 ja 270 MPa.

Langan vetokoe (sekä alkutilassa että harjoittelussa) suoritettiin Zwick Roell -testauskoneella. Näytteen mittarin pituus oli 100 mm ja vetovenymänopeus oli

8×10⁻³ s⁻¹. Kussakin tapauksessa yksi mittauspiste (kukin

varianteista) edustaa vähintään viittä näytettä.

TT-testi suoritettiin erikoislaitteella, jonka kaavio on esitetty Bochniakin et al. aiemmin esittämässä kuvassa 4. (2010). 1 m:n pituisen volframilangan (1) keskiosa asetettiin salpaan (2) ja sitten sen päät kuljettuaan ohjaustelojen (3) läpi ja kiinnitettyään 10 N:n painot (4), oli tukossa puristimeen (5). Salvan (2) pyörivä liike johti kahden langan käämitykseen

(rullattu itseensä), testatun näytteen kiinteillä päillä, suoritettiin lisäämällä asteittain vetojännitystä.

Testituloksena oli kiertojen määrä (N_T), joita tarvitaan langan repeämiseen, ja se tapahtui yleensä muodostuneen sotkun etupuolella, kuten kuvassa 5. Suoritettiin vähintään kymmenen testiä varianttia kohden. Harjoittelun jälkeen lanka oli hieman aaltoileva muoto. On syytä korostaa, että Bochniakin ja Piełan (2007) [4] ja Filipekin (2010) papereiden mukaan

[5] TT-testi on yksinkertainen, nopea ja halpa menetelmä käämittävien johtimien teknisten ominaisuuksien määrittämiseen.

Kuva 4 TT-testin kaavio:1 testattu lanka,2 sähkömoottorin pyörittämä salpa yhdistettynä kiertotallennuslaitteeseen,3 ohjausrullat,4painot,5 leuat, jotka kiristävät langan päitä

3. Tulokset

Alkujännityksen ja läpikulkujen lukumäärän vaikutus CDT-prosessissa volframilankojen ominaisuuksiin on esitetty kuvissa 1 ja 2. 6 ja 7. Suuri haja langan saatuja mekaanisia parametreja havainnollistaa jauheteknologialla saadun materiaalin epähomogeenisuuden mittakaavaa, ja siksi suoritettava analyysi keskittyy testattujen ominaisuuksien muutostrendeihin eikä niiden absoluuttisiin arvoihin.

Kaupalliselle volframilangalle on tunnusomaista myötörajan (YS) keskiarvot, jotka ovat 2 026 MPa, murtolujuus (UTS) 2 294 MPa ja kokonaisvenymä

A≈2,6 % ja N_Tniin paljon kuin 28. Riippumatta

käytetyn jännityksen suuruus, CDT johtaa vain pieneen

UTS:n lasku (enintään 3 % langalle neljän läpikäynnin jälkeen) ja sekä YS ettäA pysyvät suhteellisen samalla tasolla (kuvat 6a–c ja 7a–c).

Kuva 5 Näkymä volframilangasta murtuman jälkeen TT-testissä

Kuva 6 Mekaanisen harjoittelun vaikutus (läpäisymäärä n) mekaanisessa (a–c) ja teknisessä (d) (määritelty N_TTT-testissä) volframilangan ominaisuudet; kiinnitetty painoarvo 4,7 N

CDT johtaa aina langankierteiden N määrän merkittävään kasvuun_T. Erityisesti kahdella ensimmäisellä siirrolla N_Tsaavuttaa yli 34 4,7 N:n jännityksellä ja lähes 33, kun kireys on 8,5 N. Tämä tarkoittaa noin 20 %:n lisäystä verrattuna kaupalliseen lankaan. Suuremman läpäisymäärän käyttäminen johtaa N:n lisääntymiseen edelleen_Tvain silloin, kun harjoitellaan 4,7 N:n jännityksellä. Lanka näyttää neljän läpimenon jälkeen N:n keskimääräisen suuruuden_Tyli 37, mikä merkitsee yli 30 % nousua alkutilassa olevaan langaan. Langan jatkoharjoittelu korkeammilla jännityksillä ei enää muuttaisi aiemmin saavutetun N:n suuruutta_Tarvot (kuvat 6d ja 7d).

4. Analyysi

Saadut tulokset osoittavat, että volframilangalle CDT:lle käytetty menetelmä ei käytännössä muuta sen vetokokeissa määritettyjä mekaanisia parametreja (murtovetolujuus pieneni vain hieman), mutta nosti sen merkittävästi.

spiraalien tuotantoon tarkoitettuja teknisiä ominaisuuksia; tätä edustaa kierteiden lukumäärä TT-testissä. Tämä vahvistaa Bochniakin ja Piełan (2007) aikaisempien tutkimusten tulokset.

[4] vetolujuustestin tulosten konvergenssin puuttumisesta lankojen havaitun käyttäytymisen kanssa spiraalien tuotantoprosessissa.

Volframilankojen reaktio CDT-prosessiin riippuu merkittävästi käytetystä jännityksestä. Pienellä jännitysvoimalla havaitaan parabolista kasvua kiertojen lukumäärässä kulkujen lukumäärän myötä, kun taas suurempien jännitysarvojen käyttö johtaa (jo kahden kierron jälkeen) kyllästystilan saavuttamiseen ja aiemmin saadun teknologian stabiloitumiseen. ominaisuudet (kuvat 6d ja 7d).

Tällainen volframilangan monipuolinen vaste korostaa sitä tosiasiaa, että jännityksen suuruus määrää sekä materiaalin jännitystilan että muodonmuutostilan kvantitatiivisen muutoksen ja siten sen elastis-plastisen käyttäytymisen. Suuremman jännityksen käyttäminen muovin taivutusprosessin aikana peräkkäisten väärin kohdistettujen muotien välillä johtaa pienempään langan taivutussäteeseen; näin ollen leikkausmekanismista vastaavan langan akseliin nähden kohtisuorassa oleva muovijännitys on suurempi ja johtaa paikalliseen muovivirtaukseen leikkausnauhoissa. Toisaalta alhainen jännitys saa aikaan langan CDT-prosessin tapahtuvan suuremman elastisen venymän osallistumisen kanssa (eli plastinen jännitysosa on pienempi), mikä suosii homogeenisen muodonmuutoksen dominanssia. Nämä tilanteet eroavat selvästi yksiakselisen vetokokeen aikana tapahtuneista tilanteista.

On myös huomattava, että CDT parantaa teknisiä ominaisuuksia vain riittävän laadukkaille johtimille, joissa ei ole merkittäviä sisäisiä vikoja (huokoset, aukot, epäjatkuvuudet, mikrohalkeamat, riittävän jatkuvuuden puute raerajoilla jne. .) langan valmistuksessa jauhemetallurgialla. Muuten kierteiden N saadun arvon kasvava hajonta_Tkulkujen määrän lisääntymisen kanssa osoittaa lankarakenteen syvenevän erilaistumisen sen eri osissa (pituudella), joten se voi toimia myös hyödyllisenä kriteerinä kaupallisen langan laadun arvioinnissa. Nämä ongelmat ovat tulevien tutkimusten kohteena.

Kuva 7 Mekaanisen harjoittelun vaikutus (läpäisymäärä n) mekaanisessa (a–c) ja teknisessä (d) (määritelty N_TTT-testissä) volframilangan ominaisuudet; kiinnitetty painoarvo 8,5 N

5. Johtopäätökset

1， Volframilankojen CDT parantaa niiden teknisiä ominaisuuksia, jotka on määritelty N:n vääntöjännitystestissä_Tennen murtumista.

2， N:n kasvu_TIndeksi noin 20 % saavutetaan langalla, joka on altistettu kahdelle CDT-sarjalle.

3, langan jännityksen suuruus CDT-prosessissa vaikuttaa merkittävästi sen teknisiin ominaisuuksiin, jotka määritellään N:n arvolla._Tindeksi. Sen korkein arvo saavutettiin langalla, johon kohdistui lievä jännitys (vetojännitys).

4， Sekä suuremman jännityksen että useampien monenvälisten taivutusjaksojen käyttäminen leikkaamisen kanssa ei ole perusteltua, koska se johtaa vain N:n aiemmin saavutetun arvon stabilointiin_Tindeksi.

5， CDT-volframilangan teknisten ominaisuuksien merkittävään parantumiseen ei liity vetokokeessa määritettyjen mekaanisten parametrien muutosta, mikä vahvistaa uskomuksen tällaisen testin alhaisesta käytettävyydestä langan teknologisen käyttäytymisen ennakoimiseksi.

Saadut kokeelliset tulokset osoittavat volframilangan CDT:n soveltuvuuden spiraalien valmistukseen. Erityisesti johdonpituuden peräkkäiseen eteenpäin viemiseen käytetyn menetelmän perusteella syklinen, monisuuntainen taivutus vähäisellä jännityksellä aiheuttaa sisäisten jännitysten rentoutumista. Tästä syystä langan taipumusta katketa ​​spiraalien plastisen muodostuksen aikana on rajoitettu. Tuloksena vahvistettiin, että jätteen määrän vähentäminen valmistusolosuhteissa lisää tuotantoprosessin tehokkuutta eliminoimalla seisokkeja automatisoidut tuotantolaitteet, joissa langan katkeamisen jälkeen on aktivoitava hätäpysäytys "manuaalisesti". operaattorin toimesta.