1. Introdución

Os fíos de wolframio, cun espesor de varios a decenas de micrómetros, están formados plasticamente en espirais e utilízanse para fontes de luz incandescente e de descarga. A fabricación do fío baséase na tecnoloxía do po, é dicir, o po de wolframio obtido mediante un proceso químico é sometido sucesivamente a prensado, sinterización e conformación plástica (forxa rotativa e estirado). Teña en conta que o proceso de enrolamento do fío debe producir boas propiedades plásticas e unha elasticidade "non demasiado alta". Por outra banda, debido ás condicións de explotación das espirais e, sobre todo, á elevada resistencia á fluencia requirida, os fíos recristalizados non son aptos para a produción, especialmente se teñen unha estrutura de gran groso.

Modificar as propiedades mecánicas e plásticas dos materiais metálicos, en particular, reducindo o forte endurecemento do traballo sen un tratamento de recocido é posible mediante o adestramento mecánico. Este proceso consiste en someter o metal a deformacións repetidas, alternas e pouco plásticas. Os efectos da contraflexión cíclica sobre as propiedades mecánicas dos metais están documentados, entre outros, no traballo de Bochniak e Mosor [1], aquí usando tiras de bronce de estaño CuSn 6,5 %. Demostrouse que o adestramento mecánico leva a un ablandamento do traballo.
Desafortunadamente, os parámetros mecánicos dos fíos de wolframio determinados en probas simples de tracción uniaxial son moi insuficientes para predicir o seu comportamento no proceso de produción de espirais. Estes fíos, a pesar das propiedades mecánicas similares, adoitan caracterizarse por unha susceptibilidade significativamente diferente ao enrolamento. Polo tanto, á hora de avaliar as características tecnolóxicas do fío de wolframio, considéranse máis fiables os resultados das seguintes probas: enrolamento do núcleo do fío, torsión unidireccional, compresión do filo de coitelo, curvatura e estiramento ou bandas reversibles [2] . Recentemente propúxose un novo ensaio tecnolóxico [3], no que o fío é sometido a torsión con tensión simultánea (test TT), e o estado de tensión —en opinión dos autores— é próximo ao que se produce no proceso de produción. dos fila-mentos. Ademais, os resultados das probas de TT realizadas en fíos de tungsteno con diferentes diámetros demostraron a súa capacidade para anticipar o seu comportamento posterior durante os procesos tecnolóxicos [4, 5].

O obxectivo do traballo que aquí se presenta é responder á pregunta de se, e se, ata que punto o uso do tratamento de deformación cíclica (CDT) sobre fío de wolframio mediante flexión multilateral continua con método de cizallamento [6], pode modificar o seu aspecto mecánico e tecnolóxico. propiedades importantes.

En xeral, a deformación cíclica dos metais (por exemplo, por tensión e compresión ou flexión bilateral) pode ir acompañada de dous procesos estruturais diferentes. O primeiro é característico para a deformación con pequenas amplitudes e

implica os chamados fenómenos de fatiga, que dan como resultado que o metal fortemente endurecido polo traballo se converta nun ablandado por tensión antes de que se produza a súa destrución [7].

O segundo proceso, dominante durante a deformación con amplitudes de alta deformación, produce unha forte heteroxeneización das bandas plásticas de cizallamento xeradoras de fluxo. En consecuencia, hai unha fragmentación drástica da estrutura metálica, en particular, a formación de grans de tamaño nanométrico, polo tanto, un aumento significativo das súas propiedades mecánicas a costa da traballabilidade. Tal efecto obtense, por exemplo, no método de ondulación e alisado repetitivo continuo desenvolvido por Huang et al. [8], que consiste no paso (laminación) múltiple, alterno, de tiras entre os rolos "engrenados" e lisos, ou dun xeito máis sofisticado, que é un método de flexión continua baixo tensión [9], onde a tira estirada está contraflexionado debido a un movemento reversible ao longo da súa lonxitude de conxunto de rolos xiratorios. Por suposto, a extensa fragmentación dos grans tamén se pode obter durante a deformación monótona con gran deformación, utilizando os chamados métodos de Deformación Plástica Severa, en particular, os métodos de Extrusión Angular de Canle Igual [10] que satisfacen a maioría das veces as condicións de simple cizalladura do metal. Desafortunadamente, utilízanse principalmente a escala de laboratorio e tecnicamente non é posible

para utilizalos para obter propiedades mecánicas específicas de tiras longas ou fíos.

Tamén se tentou avaliar a influencia do cizallamento cambiante cíclicamente aplicado con pequenas deformacións unitarias na capacidade de activar os fenómenos de fatiga. Os resultados dos estudos experimentais realizados [11] en tiras de cobre e cobalto por contraflexión con cizallamento confirmaron a tese anterior. Aínda que o método de contraflexión con cizallamento é bastante fácil de aplicar a pezas metálicas planas, a aplicación máis directa dos fíos non ten sentido, xa que, por definición, non garante a obtención dunha estrutura homoxénea e, polo tanto, propiedades idénticas sobre a circunferencia (con raio orientado arbitrariamente) do fío. Por este motivo, este traballo utiliza un método de CDT orixinal e recentemente formado deseñado para fíos finos, baseado na flexión multilateral continua con cizallamento.

Fig. 1 Esquema do proceso de adestramento mecánico dos fíos:1 fío de wolframio,2 bobina con fío para desenrolar,3 sistema de seis matrices rotativas,4 bobina de enrolamento,5 romper o peso, e6 freo (cilindro de aceiro cunha banda de bronce estaño ao seu redor)

2. Experimenta

Realizouse o CDT de fío de wolframio cun diámetro de 200 μm nun dispositivo de proba especialmente construído cuxo esquema se mostra na figura 1. Fío sen bobina (1) da bobina

(2) con diámetro de 100 mm, introduciuse nun sistema de seis matrices (3), con orificios do mesmo diámetro que o fío, que se fixan nunha carcasa común e que xiran arredor do eixe a unha velocidade de 1.350 rev/. min. Despois de pasar polo dispositivo, o fío enrollábase na bobina (4) cun diámetro de 100 mm xirando a unha velocidade de 115 rev/min. Os parámetros aplicados deciden que a velocidade lineal do fío en relación ás matrices rotativas é de 26,8 mm/rev.

Un deseño axeitado do sistema de matrices fixo que cada segundo troquel xirase de forma excéntrica (Fig. 2), e cada peza de fío que pasaba polas matrices rotativas estaba sometida a unha continua flexión multilateral con cizalladura inducida polo ferro no bordo da superficie interna das matrices.

Fig. 2 Disposición esquemática dos troqueles rotativos (etiquetados co número3 na figura 1)

Fig. 3 Sistema de matrices: vista xeral; b partes básicas:1 matrices céntricas,2 troqueles excéntricos,3 aneis espaciadores

O fío sen bobinas estaba baixo a influencia da tensión inicial debido á aplicación de tensión, que non só o protexe do enredo, senón que tamén determina a participación mutua da deformación de flexión e cizallamento. Isto foi posible grazas ao freo montado na bobina en forma de tira de bronce de estaño presionada por un peso (designado como 5 e 6 na figura 1). A figura 3 mostra o aspecto do dispositivo de adestramento cando está dobrado e cada un dos seus compoñentes. O adestramento dos fíos realizouse con dous pesos diferentes:

4,7 e 8,5 N, ata catro pases polo conxunto de matrices. A tensión axial ascendeu respectivamente aos 150 e 270 MPa.

Realizáronse probas de tracción do fío (tanto en estado inicial como adestrados) na máquina de ensaio Zwick Roell. A lonxitude do calibre das mostras foi de 100 mm e a taxa de tensión de tracción foi

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

das variantes) representa polo menos cinco mostras.

A proba TT realizouse nun aparello especial cuxo esquema se mostra na figura 4 presentada anteriormente por Bochniak et al. (2010). O centro do fío de wolframio (1) cunha lonxitude de 1 m colocouse nun gancho (2), e despois os seus extremos, despois de pasar polos rolos de guía (3) e unir pesos (4) de 10 N cada un, bloquearon nunha abrazadeira (5). O movemento de rotación da captura (2) deu lugar ao enrolamento de dous anacos de arame

(enrollados sobre si mesmos), cos extremos fixos da mostra ensaiada, realizouse cun aumento gradual das tensións de tracción.

O resultado da proba foi o número de xiros (N_T) necesarios para romper o fío e normalmente producíanse na parte frontal do enredo formado, como se mostra na figura 5. Realizáronse polo menos dez probas por variante. Despois do adestramento, o fío tiña unha forma lixeiramente ondulada. Cómpre subliñar que segundo os artigos de Bochniak e Pieła (2007) [4] e Filipek (2010)

[5] a proba TT é un método sinxelo, rápido e barato para determinar as propiedades tecnolóxicas dos fíos destinados a bobinar.

Fig. 4 Esquema da proba TT:1 cable probado,2 captura rotada por un motor eléctrico, acoplado co dispositivo de gravación de torsión,3 rolos guía,4pesos,5 mandíbulas que suxeitan os extremos do fío

3. Resultados

O efecto da tensión inicial e o número de pasadas no proceso CDT sobre as propiedades dos fíos de wolframio móstranse nas Figs. 6 e 7. Unha gran dispersión de parámetros mecánicos obtidos do fío ilustran a escala de deshomoxeneidade do material obtido pola tecnoloxía do po, polo que a análise realizada céntrase nas tendencias de cambios das propiedades ensaiadas e non nos seus valores absolutos.

O fío de wolframio comercial caracterízase por valores medios de tensión de fluencia (YS) iguais a 2.026 MPa, resistencia máxima a tracción (UTS) de 2.294 MPa, elongación total de

A≈2,6 % e o N_Ttanto como 28. Independentemente da

magnitude da tensión aplicada, CDT resulta só nunha pequena

diminución de UTS (non superar o 3 % para o fío despois de catro pasadas), e tanto YS comoA permanecen relativamente ao mesmo nivel (figs. 6a–c e 7a–c).

Fig. 5 Vista do fío de wolframio despois da fractura na proba TT

Fig. 6 Efecto do adestramento mecánico (número de pases n) sobre mecánica (a–c) e tecnolóxica (d) (definida por N_Tna proba TT) propiedades do fío de wolframio; valor de peso anexo de 4,7 N

CDT sempre leva a un aumento significativo no número de torsións de fío N_T. En particular, para os dous primeiros pases, N_Tchega a máis de 34 para unha tensión de 4,7 N e case 33 para unha tensión de 8,5 N. Isto supón un incremento aproximado dun 20 % con respecto ao fío comercial. Aplicar un maior número de pasadas leva a un aumento adicional de N_Tsó no caso de adestramento baixo tensión de 4,7 N. O fío despois de catro pasadas mostra a magnitude media de N_Tsuperior a 37, o que, en comparación co fío en estado inicial, supón un incremento superior ao 30 %. O adestramento adicional do fío a tensións máis altas xa non cambiaría a magnitude do N conseguido anteriormente_Tvalores (figs. 6d e 7d).

4. Análise

Os resultados obtidos mostran que o método empregado para CDT do fío de tungsteno practicamente non cambia os seus parámetros mecánicos determinados en probas de tracción (só houbo unha lixeira diminución da resistencia última á tracción), senón que aumentou significativamente a súa

propiedades tecnolóxicas destinadas a unha produción en espiral; isto está representado polo número de xiros na proba TT. Isto confirma os resultados de estudos anteriores de Bochniak e Pieła (2007).

[4] sobre a falta de converxencia dos resultados das probas de tracción co comportamento observado dos fíos no proceso de produción de espirais.

A reacción dos fíos de wolframio no proceso de CDT depende significativamente da tensión aplicada. A forza de baixa tensión, obsérvase un crecemento parabólico do número de torsións co número de pasadas, mentres que a aplicación de maiores valores de tensión leva (xa despois de dúas pasadas) a acadar o estado de saturación e a estabilización da tecnoloxía tecnolóxica previamente obtida. propiedades (figs. 6d e 7d).

Unha resposta tan diversificada do fío de wolframio subliña o feito de que a magnitude da tensión determina o cambio cuantitativo tanto do estado de tensión como do estado de deformación do material e, en consecuencia, o seu comportamento elástico-plástico. Usando unha tensión máis alta durante o proceso de flexión do plástico no paso do fío entre matrices desalineadas sucesivas resulta un menor radio de flexión do fío; polo tanto, a tensión plástica nunha dirección perpendicular ao eixe do fío responsable do mecanismo de cizallamento é maior e conduce a un fluxo plástico localizado nas bandas de cizallamento. Por outra banda, a baixa tensión fai que o proceso CDT do arame teña lugar cunha maior participación da deformación elástica (é dicir, a parte de deformación plástica é menor), o que favorece o dominio da deformación homoxénea. Estas situacións son claramente diferentes das que ocorren durante o ensaio de tracción uniaxial.

Tamén hai que sinalar que o CDT mellora as características tecnolóxicas só para fíos de calidade suficiente, é dicir, sen defectos internos significativos (poros, ocos, discontinuidades, microgrietas, falta de suficiente continuidade de adhesión nos límites dos grans, etc.). .) resultante da produción de arame pola pulvimetalurxia. En caso contrario, a dispersión crecente do valor obtido dos xiros N_Txunto cun aumento do número de pasadas indica unha diferenciación cada vez maior da estrutura do fío nas súas distintas partes (en lonxitude), polo que tamén pode servir como criterio útil para avaliar a calidade dun fío comercial. Estes problemas serán obxecto de futuras investigacións.

Fig. 7 Efecto do adestramento mecánico (número de pases n) sobre mecánica (a–c) e tecnolóxica (d) (definida por N_Tna proba TT) propiedades do fío de wolframio; valor de peso anexo de 8,5 N

5. Conclusións

1， CDT dos fíos de tungsteno mellora as súas propiedades tecnolóxicas, tal e como se definen na proba de torsión con tensión por N_Tantes de fracturarse.

2, O aumento do N_TÍndice de preto de 20 % é alcanzado por un cable sometido a dúas series de CDT.

3， A magnitude da tensión do fío no proceso de CDT ten un impacto significativo nas súas propiedades tecnolóxicas definidas polo valor do N_Tíndice. O seu valor máis alto acadouno un fío sometido a unha lixeira tensión (esforzo de tracción).

4， Non se xustifica o uso de tensión máis alta e máis ciclos de flexión multilateral con cizallamento porque só resulta na estabilización do valor de N previamente alcanzado._Tíndice.

5， A mellora significativa das propiedades tecnolóxicas do fío de tungsteno CDT non vai acompañada dun cambio de parámetros mecánicos determinados na proba de tracción, o que confirma a crenza mantida na baixa usabilidade desta proba para anticipar o comportamento tecnolóxico do fío.

Os resultados experimentais obtidos demostran a idoneidade CDT do fío de wolframio para a produción de espirais. En particular, baseándose no método empregado para avanzar sucesivamente a lonxitude do fío, a flexión cíclica e multidireccional con pouca tensión provoca a relaxación das tensións internas. Por este motivo, existe unha restrición á tendencia da rotura do fío durante a formación plástica das espirais. Como resultado, confirmouse que a redución da cantidade de residuos nas condicións de fabricación aumenta a eficiencia do proceso produtivo eliminando o tempo de inactividade dos equipamentos de produción automatizados nos que, despois de romper o cable, debe activarse "manual" unha parada de emerxencia. polo operador.