1. Uvod

Volframove žice, debljine od nekoliko do desetaka mikrometara, plastično se oblikuju u spirale i koriste za žarne i izbojne izvore svjetlosti. Proizvodnja žice temelji se na praškastoj tehnologiji, tj. volframov prah dobiven kemijskim postupkom podvrgava se sukcesivno prešanju, sinterovanju i plastičnom oblikovanju (rotacijsko kovanje i izvlačenje). Imajte na umu da proces namotavanja žice mora rezultirati dobrim plastičnim svojstvima i "ne previsokom" elastičnošću. S druge strane, zbog uvjeta eksploatacije spirala, a prije svega potrebne velike otpornosti na puzanje, rekristalizirane žice nisu prikladne za izradu, osobito ako imaju krupnozrnastu strukturu.

Modificiranje mehaničkih i plastičnih svojstava metalnih materijala, posebno smanjenje jakog otvrdnjavanja bez tretmana žarenjem, moguće je korištenjem mehaničke obuke. Ovaj se proces sastoji od podvrgavanja metala ponavljanoj, izmjeničnoj i niskoplastičnoj deformaciji. Učinci cikličke kontrafleksure na mehanička svojstva metala dokumentirani su, između ostalog, u radu Bochniaka i Mosora [1], gdje se ovdje koriste trake od kositrene bronce CuSn 6,5 %. Pokazalo se da mehanički trening dovodi do omekšavanja rada.
Nažalost, mehanički parametri volframovih žica utvrđeni jednostavnim jednoosnim vlačnim testovima daleko su nedovoljni za predviđanje njihovog ponašanja u proizvodnom procesu spirala. Ove žice, usprkos sličnim mehaničkim svojstvima, često se odlikuju bitno različitom osjetljivošću na namotavanje. Stoga se pri procjeni tehnoloških karakteristika volframove žice pouzdanijima smatraju rezultati sljedećih ispitivanja: namotavanje jezgre žice, jednosmjerna torzija, kompresija oštrice noža, savijanje i istezanje ili reverzibilno vezivanje [2] . Nedavno je predložen novi tehnološki test [3], u kojem se žica podvrgava istodobnoj torziji i napetosti (TT test), a stanje naprezanja je, prema mišljenju autora, blisko onom koje se događa u procesu proizvodnje. fila-menta. Štoviše, rezultati TT ispitivanja provedenih na volframovim žicama različitih promjera pokazali su njegovu sposobnost predviđanja njihovog kasnijeg ponašanja tijekom tehnoloških procesa [4, 5].

Cilj rada koji je ovdje predstavljen je odgovoriti na pitanje može li, i ako, u kojoj mjeri upotreba obrade cikličkim deformacijama (CDT) na volframovoj žici kontinuiranim višestranim savijanjem uz metodu smicanja [6], promijeniti njezinu mehaničku i tehnološku važna svojstva.

Općenito govoreći, ciklička deformacija metala (npr. napetosti i kompresije ili obostranog savijanja) može biti popraćena s dva različita strukturna procesa. Prvi je karakterističan za deformaciju malih amplituda i

uključuje tzv. fenomen zamora, koji rezultira time da se jako očvrsnuti metal pretvara u omekšani metal prije nego što dođe do njegovog uništenja [7].

Drugi proces, dominantan tijekom deformacije s velikim amplitudama deformacije, proizvodi snažnu heterogenizaciju smičnih traka koje generiraju plastično strujanje. Posljedično dolazi do drastičnog usitnjavanja strukture metala, posebice do stvaranja zrna nano veličine, a time i značajnog povećanja njegovih mehaničkih svojstava nauštrb obradivosti. Takav se učinak postiže npr. metodom kontinuiranog ponavljajućeg valovanja i ravnanja koju su razvili Huang et al. [8], koji se sastoji od višestrukog, naizmjeničnog, prolaska (kotrljanja) traka između “zupčastih” i glatkih valjaka, ili na sofisticiraniji način, što je metoda kontinuiranog savijanja pod napetostima [9], gdje rastegnuta traka je kontrafleksiran zbog reverzibilnog kretanja skupa rotirajućih valjaka po svojoj dužini. Naravno, ekstenzivna fragmentacija zrna može se dobiti i tijekom monotone deformacije s velikim naprezanjem, primjenom tzv. metoda teške plastične deformacije, posebice metoda jednakokanalne kutne ekstruzije [10] koja najčešće zadovoljava uvjete za jednostavno smicanje metala. Nažalost, uglavnom se koriste u laboratorijskim razmjerima i to tehnički nije moguće

koristiti ih za dobivanje specifičnih mehaničkih svojstava dugih traka ili žica.

Također su učinjeni neki pokušaji da se procijeni utjecaj ciklički promjenjivog smicanja primijenjenog s malim jediničnim deformacijama na sposobnost aktiviranja fenomena zamora. Rezultati eksperimentalnih istraživanja provedenih [11] na bakrenim i kobaltnim trakama kontrafleksijom sa smicanjem potvrdili su gornju tezu. Iako je metodu kontrafleksure sa smicanjem prilično lako primijeniti na ravne metalne dijelove, izravnija primjena za žice nema smisla, jer po definiciji ne jamči dobivanje homogene strukture, a time i identičnih svojstava na opseg (sa proizvoljno usmjerenim polumjerom) žice. Iz tog razloga, ovaj rad koristi novoformiranu i originalnu metodu CDT dizajniranu za tanke žice, koja se temelji na kontinuiranom višestranom savijanju sa smicanjem.

Slika 1. Shema procesa mehaničkog uvježbavanja žica:1 žica od volframa,2 zavojnica sa žicom za odmotavanje,3 sustav šest rotirajućih matrica,4 zavojnica za namatanje,5 razbiti težinu, i6 kočnica (čelični cilindar s trakom od kositrene bronce oko njega)

2. Eksperimentirajte

CDT volframove žice promjera 200 μm provedena je na posebno konstruiranom ispitnom uređaju čija je shema prikazana na sl. 1. Neodmotana žica (1) iz svitka

(2) promjera 100 mm, uveden je u sustav od šest matrica (3), s rupama istog promjera kao i žica, koje su učvršćene u zajedničkom kućištu i okreću se oko osi brzinom od 1350 okr/ min. Nakon prolaska kroz uređaj, žica je namotana na zavojnicu (4) promjera 100 mm koja se okreće brzinom od 115 o/min. Primijenjeni parametri određuju da je linearna brzina žice u odnosu na rotirajuće matrice 26,8 mm/okr.

Odgovarajući dizajn sustava matrica značio je da se svaka druga matrica vrti ekscentrično (slika 2), a svaki komad žice koji prolazi kroz rotirajuće matrice bio je podvrgnut kontinuiranom višestranom savijanju uz smicanje izazvano glačanjem na rubu unutarnje površine matrica.

Slika 2 Shematski izgled rotirajućih matrica (označenih brojem3 na slici 1)

Slika 3 Sustav matrica: opći prikaz; b osnovni dijelovi:1 centrične matrice,2 ekscentrične matrice,3 odstojni prstenovi

Odmotana žica bila je pod utjecajem početnog naprezanja zbog primjene napetosti, što ne samo da je štiti od zapetljanja, već također određuje međusobno sudjelovanje deformacije savijanja i posmicanja. To je bilo moguće postići zahvaljujući kočnici postavljenoj na zavojnicu u obliku brončane trake od kositra pritisnute utegom (označenim brojevima 5 i 6 na slici 1). Na slici 3 prikazan je izgled sprave za vježbanje u sklopljenom stanju, te svake njezine komponente. Uvježbavanje žica izvedeno je s dvije različite težine:

4,7 i 8,5 N, do četiri prolaza kroz set matrica. Aksijalno naprezanje iznosilo je 150 odnosno 270 MPa.

Ispitivanje vlačne čvrstoće žice (u početnom stanju i uvježbane) provedeno je na Zwick Roell ispitnom stroju. Duljina uzorka bila je 100 mm, a brzina vlačne deformacije bila je 100 mm

8×10⁻³ s⁻¹. U svakom slučaju, jedna mjerna točka (za svaku

varijanti) predstavlja najmanje pet uzoraka.

TT test je proveden na posebnom aparatu čija je shema prikazana na slici 4 koju su ranije prikazali Bochniak i sur. (2010). Središte volframove žice (1) duljine 1 m postavljeno je u zasun (2), a zatim su njeni krajevi, nakon prolaska kroz valjke vodilice (3), i pričvršćenja utega (4) od po 10 N, bili blokirani u stezaljci (5). Rotacijsko kretanje zapornice (2) rezultiralo je namotavanjem dva komada žice

(namotane na sebe), s učvršćenim krajevima ispitivanog uzorka, izvedeno je uz postupno povećanje vlačnih naprezanja.

Rezultat testa bio je broj uvijanja (N_T) bilo potrebno za pucanje žice i obično se događalo na prednjoj strani formiranog zapleta, kao što je prikazano na slici 5. Provedeno je najmanje deset testova po varijanti. Nakon treninga, žica je imala blago valoviti oblik. Treba naglasiti da prema radovima Bochniak i Pieła (2007) [4] i Filipek (2010)

[5] TT test je jednostavna, brza i jeftina metoda za određivanje tehnoloških svojstava žica namijenjenih za motanje.

Slika 4. Shema TT testa:1 ispitana žica,2 hvatač koji se okreće električnim motorom, spojen s uređajem za snimanje zakretanja,3 vodilice,4utezi,5 čeljusti koje stežu krajeve žice

3. Rezultati

Učinak početne napetosti i broja prolaza u CDT procesu na svojstva volframovih žica prikazan je na sl. 6 i 7. Velika raspršenost dobivenih mehaničkih parametara žice ilustrira razmjere nehomogenosti materijala dobivenog praškastom tehnologijom, te je stoga provedena analiza usmjerena na trendove promjena ispitivanih svojstava, a ne na njihove apsolutne vrijednosti.

Komercijalnu volframovu žicu karakteriziraju prosječne vrijednosti granice tečenja (YS) od 2,026 MPa, krajnja vlačna čvrstoća (UTS) od 2,294 MPa, ukupno istezanje od

A≈2,6 % i N_Tčak 28. Bez obzira na

veličine primijenjene napetosti, CDT rezultira samo malim

smanjenje UTS (ne prelazi 3 % za žicu nakon četiri prolaza), i YS iA ostaju relativno na istoj razini (sl. 6a–c i 7a–c).

Slika 5 Pogled na volframovu žicu nakon loma u TT testu

Slika 6 Učinak mehaničkog treninga (broj prolaza n) na mehanički (a–c) i tehnološki (d) (definirao N_Tu TT testu) svojstva volframove žice; priložena vrijednost težine od 4,7 N

CDT uvijek dovodi do značajnog povećanja broja zavoja žice N_T. Konkretno, za prva dva dodavanja, N_Tdoseže više od 34 za napetost od 4,7 N i gotovo 33 za napetost od 8,5 N. To predstavlja povećanje od približno 20 % u odnosu na komercijalnu žicu. Primjena većeg broja prolaza dovodi do daljnjeg povećanja N_Tsamo u slučaju treniranja pod naponom od 4,7 N. Žica nakon četiri prolaza pokazuje prosječnu veličinu N_Tveći od 37, što u odnosu na žicu u početnom stanju predstavlja povećanje od preko 30 %. Daljnje uvježbavanje žice pri većim napetostima više ne bi mijenjalo veličinu prethodno postignutog N_Tvrijednosti (slike 6d i 7d).

4. Analiza

Dobiveni rezultati pokazuju da metoda korištena za CDT volframove žice praktički ne mijenja njezine mehaničke parametre utvrđene u ispitivanju na vlačnost (došlo je samo do blagog smanjenja granične vlačne čvrstoće), ali je značajno povećala

tehnološka svojstva namijenjena proizvodnji spirala; to je predstavljeno brojem zavoja u TT testu. Ovo potvrđuje rezultate ranijih studija Bochniaka i Piełe (2007.)

[4] o nedostatku konvergencije rezultata vlačnog ispitivanja s promatranim ponašanjem žica u procesu proizvodnje spirala.

Reakcija volframovih žica na proces CDT značajno ovisi o primijenjenoj napetosti. Kod niske sile napetosti uočava se parabolički rast broja zavoja s brojem prolaza, dok primjenom većih vrijednosti napetosti (već nakon dva prolaza) dolazi do postizanja stanja zasićenja i stabilizacije prethodno dobivenog tehnološkog svojstva (slike 6d i 7d).

Takav raznoliki odgovor volframove žice naglašava činjenicu da veličina napetosti određuje kvantitativnu promjenu i stanja naprezanja i stanja deformacije materijala, a posljedično i njegovo elastično-plastično ponašanje. Korištenje veće napetosti tijekom procesa plastičnog savijanja u žici koja prolazi između uzastopnih neusklađenih matrica rezultira manjim radijusom savijanja žice; stoga je plastična deformacija u smjeru okomitom na os žice koja je odgovorna za mehanizam smicanja veća i dovodi do lokaliziranog plastičnog toka u trakama smicanja. S druge strane, niska napetost uzrokuje da se CDT proces žice odvija uz veće sudjelovanje elastične deformacije (odnosno, dio plastične deformacije je manji), što pogoduje dominaciji homogene deformacije. Te se situacije izrazito razlikuju od onih koje se javljaju tijekom jednoosnog vlačnog ispitivanja.

Također treba napomenuti da CDT poboljšava tehnološke karakteristike samo za žice dovoljne kvalitete, tj. bez značajnih unutarnjih nedostataka (pore, šupljine, diskontinuiteti, mikropukotine, nedostatak dostatne adhezije kontinuiteta na granicama zrna itd. .) koji nastaje proizvodnjom žice metalurgijom praha. Inače, sve veći rasip dobivene vrijednosti zaokreta N_Tzajedno s povećanjem broja prolaza ukazuje na produbljivanje diferencijacije strukture žice u njenim različitim dijelovima (po duljini) stoga također može poslužiti kao koristan kriterij za ocjenu kvalitete komercijalne žice. Ovi će problemi biti predmet budućih istraživanja.

Slika 7 Učinak mehaničkog treninga (broj prolaza n) na mehanički (a–c) i tehnološki (d) (definirao N_Tu TT testu) svojstva volframove žice; priložena vrijednost težine od 8,5 N

5. Zaključci

1， CDT volframovih žica poboljšava njihova tehnološka svojstva, kako je definirano u testu torzije s napetosti od strane N_Tprije loma.

2, Povećanje N_Tindeks od oko 20 % postiže se žicom podvrgnutom dvije serije CDT-a.

3， Veličina napetosti žice u procesu CDT ima značajan utjecaj na njena tehnološka svojstva definirana vrijednošću N_Tindeks. Svoju najveću vrijednost postigla je žica podvrgnuta laganom zatezanju (vlačno naprezanje).

4， Korištenje veće napetosti i više ciklusa višestranog savijanja sa smicanjem nije opravdano jer rezultira samo stabilizacijom prethodno postignute vrijednosti N_Tindeks.

5， Značajno poboljšanje tehnoloških svojstava CDT volframove žice nije popraćeno promjenom mehaničkih parametara utvrđenih u vlačnom ispitivanju, što potvrđuje uvriježeno uvjerenje o niskoj upotrebljivosti takvog ispitivanja za predviđanje tehnološkog ponašanja žice.

Dobiveni eksperimentalni rezultati pokazuju prikladnost CDT volframove žice za izradu spirala. Konkretno, na temelju metode koja se koristi za sukcesivno pomicanje dužine žice, cikličko, višesmjerno savijanje s malim naprezanjem uzrokuje opuštanje unutarnjih naprezanja. Iz tog razloga, postoji ograničenje tendencije lomljenja žice tijekom plastičnog oblikovanja spirala. Kao rezultat toga, potvrđeno je da smanjenje količine otpada u proizvodnim uvjetima povećava učinkovitost proizvodnog procesa eliminacijom zastoja automatizirane proizvodne opreme u kojoj se, nakon prekida žice, mora „ručno“ aktivirati zaustavljanje u nuždi od strane operatera.