1. הקדמה

חוטי טונגסטן, בעובי של כמה עד עשרות מיקרומטרים, נוצרים באופן פלסטי לספירלות ומשמשים למקורות אור ליבון ופריקה. ייצור תיל מבוסס על טכנולוגיית האבקה, כלומר אבקת טונגסטן המתקבלת בתהליך כימי עוברת ברציפות לחיצה, סינטר ויצירת פלסטיק (פרזול ושרטוט סיבובי). שימו לב שתהליך סיפוף החוט צריך לגרום לתכונות פלסטיות טובות וגמישות "לא גבוהה מדי". מצד שני, בשל תנאי הניצול של ספירלות, ומעל לכל, ההתנגדות הנדרשת לזחילה גבוהה, חוטים מגובשים אינם מתאימים לייצור, במיוחד אם יש להם מבנה גס.

שינוי המאפיינים המכניים והפלסטיים של חומרים מתכתיים, בפרט, הפחתת התקשות העבודה החזקה ללא טיפול חישול אפשרי באמצעות אימון מכאני. תהליך זה מורכב מהכפיפת המתכת לעיוות חוזר, מתחלף ונמוך. ההשפעות של קונטרה-פלקסה מחזורית על תכונות מכניות של מתכות מתועדות, בין היתר, במאמרם של בוכניאק ומוסור [1], כאן באמצעות רצועות ברונזה מפח CuSn 6.5%. הוכח שהכשרה מכנית מובילה לריכוך עבודה.
לרוע המזל, הפרמטרים המכניים של חוטי טונגסטן שנקבעו במבחני מתיחה חד-ציריים פשוטים אינם מספיקים בהרבה כדי לחזות את התנהגותם בתהליך הייצור של ספירלות. חוטים אלה, למרות תכונות מכניות דומות, מאופיינים לעתים קרובות ברגישות שונה באופן משמעותי לליפוף. לכן, כאשר מעריכים את המאפיינים הטכנולוגיים של חוטי טונגסטן, התוצאות של הבדיקות הבאות נחשבות לאמינות יותר: פיתול חוט ליבה, פיתול חד כיווני, דחיסה של קצה סכין, כיפוף ומתיחה, או רצועה הפיכה [2] . לאחרונה הוצעה בדיקה טכנולוגית חדשה [3], שבה חוט נתון לפיתול בו-זמנית עם מתח (מבחן TT), ומצב הלחץ - לדעת המחברים - קרוב לזה המתרחש בתהליך הייצור. של החוטים. יתרה מכך, תוצאות בדיקות TT שנערכו על חוטי טונגסטן בקטרים ​​שונים הראו את יכולתה לצפות את התנהגותם המאוחרת במהלך תהליכים טכנולוגיים [4, 5].

מטרת העבודה המובאת כאן היא לענות על השאלה האם, ואם, באיזו מידה השימוש בטיפול עיוות אופניים (CDT) על חוטי טונגסטן על ידי כיפוף רב צדדי מתמשך בשיטת גזירה [6], עשוי לשנות את המכני והטכנולוגי שלו. מאפיינים חשובים.

באופן כללי, העיוות המחזורי של מתכות (למשל, על ידי מתח ודחיסה או כיפוף דו-צדדי) עשוי להיות מלווה בשני תהליכים מבניים שונים. הראשון הוא אופייני לעיוות עם אמפליטודות קטנות ו

כרוך בתופעות של עייפות כביכול, וכתוצאה מכך המתכת המוקשה מאוד הופכת למתכת מרוככת לפני שההרס שלה מתרחש [7].

התהליך השני, הדומיננטי במהלך דפורמציה עם אמפליטודות מתח גבוהות, מייצר הטרוגניזציה חזקה של פסי גזירה המייצרים זרימה פלסטית. כתוצאה מכך, יש פיצול דרסטי של מבנה המתכת, בפרט, היווצרות של גרגרים בגודל ננו, ובכך, עלייה משמעותית בתכונות המכניות שלו על חשבון יכולת העבודה. אפקט כזה מתקבל למשל בשיטת גלי ויישור חוזרים ונשנים שפותחו על ידי Huang et al. [8], המורכב ממעבר (גלגול) של רצועות מרובות, לסירוגין, בין הגלילים ה"גירים" והחלקים, או בצורה מתוחכמת יותר, שהיא שיטה של ​​כיפוף מתמשך במתח [9], כאשר הרצועה המתוחה הוא קונטרה-גמיש עקב תנועה הפיכה לאורך קבוצת הגלילים המסתובבים שלו. כמובן, ניתן להשיג את הפיצול הנרחב של גרגרים גם במהלך דפורמציה מונוטונית עם מתח גדול, תוך שימוש בשיטות המכונה Severe Plastic Deformation, בפרט, שיטות של Equal Channel Angular Extrusion [10] העומדות לרוב בתנאים לפשוטה. גזירה של מתכת. למרבה הצער, הם משמשים בעיקר בקנה מידה מעבדתי וזה לא אפשרי מבחינה טכנית

להשתמש בהם כדי להשיג תכונות מכניות ספציפיות של רצועות או חוטים ארוכים.

נעשו גם כמה ניסיונות להעריך את ההשפעה של גזירה משתנה מחזורית המופעלת עם דפורמציות יחידות קטנות על היכולת להפעיל את תופעות העייפות. תוצאות מחקרים ניסיוניים שבוצעו [11] על רצועות נחושת וקובלט באמצעות קונטרה-פלקס עם גזירה אישרו את התזה לעיל. למרות שקל למדי ליישם את שיטת הקונטרה-פלקס עם גזירה על חלקים מתכתיים שטוחים, היישום הישיר יותר של חוטים אינו הגיוני, מכיוון שבהגדרה, הוא אינו מבטיח קבלת מבנה הומוגני, ולפיכך תכונות זהות על ההיקף (עם רדיוס בכיוון שרירותי) של החוט. מסיבה זו, מאמר זה משתמש בשיטה חדשה שנוצרה ומקורית של CDT המיועדת לחוטים דקים, המבוססת על כיפוף רב צדדי מתמשך עם גזירה.

איור 1 סכימה של תהליך אימון מכני של חוטים:1 חוט טונגסטן,2 סליל עם חוט לפרוק,3 מערכת של שישה מתלים מסתובבים,4 סליל מתפתל,5 לשבור משקל, ו6 בלם (גליל פלדה עם פס של ברונזה פח מסביב)

2. ניסוי

CDT של חוט טונגסטן בקוטר של 200 מיקרומטר בוצע על מכשיר בדיקה שנבנה במיוחד שהסכמה שלו מוצגת באיור 1. חוט לא מסולסל (1) מהסליל

(2) בקוטר של 100 מ"מ, הוכנס למערכת של שישה קוביות (3), עם חורים בקוטר זהה לזה של החוט, המקובעים בבית משותף ומסתובבים סביב הציר במהירות של 1,350 סל"ד/ דקה לאחר המעבר דרך המכשיר, החוט התגלגל על ​​הסליל (4) בקוטר של 100 מ"מ מסתובב במהירות של 115 סל"ד לדקה. הפרמטרים המיושמים מחליטים על המהירות הליניארית של החוט ביחס לקוביות המסתובבות היא 26.8 מ"מ/סל"ד.

תכנון מתאים של מערכת הקוביות פירושו שכל קובייה שנייה מסתובבת בצורה אקסצנטרית (איור 2), וכל פיסת חוט שעברה דרך התבנית המסתובבת הייתה נתונה לכיפוף רב-צדדי מתמשך עם גזירה מושרה על ידי גיהוץ בקצה המשטח הפנימי של התבנית.

איור 2 פריסה סכמטית של התבנית המסתובבת (מסומנת במספר3 באיור 1)

איור 3 מערכת קוביות: מבט כללי; b חלקים בסיסיים:1 מתים מרכזיים,2 מת אקסצנטרי,3 טבעות מרווח

חוט לא מסולסל היה תחת השפעת מתח ראשוני עקב הפעלת מתח, אשר לא רק מגן עליו מפני הסתבכות, אלא גם קובע השתתפות הדדית של עיוות כיפוף וגזירה. ניתן היה להשיג זאת הודות לבלם המותקן על הסליל בצורה של פס ברונזה מפח הנלחץ על ידי משקולת (המוגדר כ-5 ו-6 באיור 1). איור 3 מציג את מראה המכשיר כשהוא מקופל, וכל אחד ממרכיביו. אימון חוטים בוצע בשני משקלים שונים:

4.7 ו-8.5 N, עד ארבעה מעברים דרך קבוצת הקוביות. מתח צירי הסתכם בהתאמה ל-150 ו-270 MPa.

בדיקות מתיחה של חוט (הן במצב התחלתי והן מאומן) בוצעו במכונת הבדיקה Zwick Roell. אורך מד הדגימות היה 100 מ"מ וקצב המתח היה

8×10⁻³ s⁻¹. בכל מקרה, נקודת מדידה אחת (לכל אחד

מהווריאציות) מייצג לפחות חמש דוגמאות.

בדיקת TT בוצעה על מכשיר מיוחד שהסכמה שלו מוצגת באיור 4 שהוצג קודם לכן על ידי Bochniak et al. (2010). מרכז חוט הטונגסטן (1) באורך של 1 מ' הונח בתפס (2), ולאחר מכן הקצוות שלו, לאחר שעברו דרך גלילי ההנחיה (3), והצמדת משקלים (4) של 10 N כל אחד, נחסמו במהדק (5). התנועה הסיבובית של התפס (2) הביאה לליפול של שתי פיסות חוט

(התגלגלו על עצמם), עם קצוות קבועים של המדגם הנבדק, בוצעו עם עלייה הדרגתית של מתחי המתיחה.

תוצאת הבדיקה הייתה מספר הפיתולים (N_T) נדרש לקריעת החוט והתרחש בדרך כלל בחזית הסבך שנוצר, כפי שמוצג באיור 5. בוצעו לפחות עשר בדיקות לכל גרסה. לאחר האימון, לחוט היה צורה גלית קלה. יש להדגיש כי על פי מסמכים של בוכניאק ופיאלה (2007) [4] ופיליפק (2010)

[5] בדיקת TT היא שיטה פשוטה, מהירה וזולה לקביעת התכונות הטכנולוגיות של חוטים המיועדים לליפוף.

איור 4 סכימה של מבחן ה-TT:1 חוט נבדק,2 תפס מסובב על ידי מנוע חשמלי, יחד עם מכשיר הקלטת הטוויסט,3 גלילי מדריך,4משקולות,5 לסתות מהדקות את קצוות החוט

3. תוצאות

השפעת המתח הראשוני ומספר המעברים בתהליך ה-CDT על המאפיינים של חוטי טונגסטן מוצגים באיורים. 6 ו-7. פיזור גדול של פרמטרים מכניים שהושגו של תיל ממחיש את קנה המידה של חוסר ההומוגניות של החומר המתקבל בטכנולוגיית אבקה, ולכן, הניתוח שבוצע מתמקד במגמות של שינויים במאפיינים שנבדקו ולא בערכים האבסולוטיים שלהם.

חוט טונגסטן מסחרי מאופיין בערכים ממוצעים של מתח תפוקה (YS) השווים ל-2,026 MPa, חוזק מתיחה אולטימטיבי (UTS) של 2,294 MPa, התארכות כוללת של

A≈2.6% וה-N_Tעד 28. בלי קשר ל

גודל המתח המופעל, CDT מביא רק למעט

ירידה של UTS (לא יעלה על 3% עבור החוט לאחר ארבעה מעברים), וגם YS וגםA נשארים באותה רמה יחסית (איורים 6a–c ו-7a–c).

איור 5 מבט על חוט הטונגסטן לאחר שבר בבדיקת TT

איור 6 השפעת אימון מכאני (מספר מעברים n) על מכאני (א–ג) וטכנולוגי (ד) (מוגדר על ידי נ_Tבמבחן TT) מאפיינים של חוט טונגסטן; ערך המשקל המצורף של 4.7 N

CDT תמיד מוביל לעלייה משמעותית במספר פיתולי החוט N_T. בפרט, עבור שני המעברים הראשונים, נ_Tמגיע ליותר מ-34 עבור מתח של 4.7 N וכמעט 33 עבור מתח של 8.5 N. זה מייצג עלייה של כ-20% ביחס לחוט המסחרי. החלת מספר גבוה יותר של מעברים מובילה לעלייה נוספת ב-N_Tרק במקרה של אימון במתח של 4.7 N. החוט לאחר ארבע מעברים מראה את הגודל הממוצע של N_Tמעבר ל-37, אשר בהשוואה לחוט במצב התחלתי, מייצג עלייה של למעלה מ-30%. אימון נוסף של החוט במתח גבוה יותר לא ישנה עוד את גודל ה-N שהושג קודם לכן_Tערכים (איורים 6ד ו-7ד).

4. ניתוח

התוצאות שהתקבלו מראות שהשיטה המשמשת ל-CDT חוטי טונגסטן כמעט ואינה משנה את הפרמטרים המכניים שלו שנקבעו בבדיקות מתיחה (היתה רק ירידה קלה בחוזק המתיחה הסופי), אלא הגדילה באופן משמעותי את

מאפיינים טכנולוגיים מיועדים לייצור ספירלות; זה מיוצג על ידי מספר הפיתולים במבחן TT. זה מאשר את התוצאות של מחקרים קודמים של Bochniak and Pieła (2007)

[4] על היעדר התכנסות של תוצאות בדיקת המתיחה עם ההתנהגות הנצפית של חוטים בתהליך הייצור של ספירלות.

התגובה של חוטי טונגסטן על תהליך CDT תלויה באופן משמעותי במתח המופעל. בכוח מתח נמוך, רואים גידול פרבולי במספר הפיתולים עם מספר המעברים, בעוד יישום של ערכים גדולים יותר של מתח מוביל (כבר לאחר שני מעברים) להשגת מצב הרוויה והתייצבות הטכנולוגיות שהושגו בעבר. מאפיינים (איורים 6ד ו-7ד).

תגובה כה מגוונת של חוט הטונגסטן מדגישה את העובדה שגודל המתח קובע את השינוי הכמותי הן של מצב הלחץ והן של מצב העיוות של החומר, וכתוצאה מכך התנהגותו האלסטית-פלסטית. שימוש במתח גבוה יותר במהלך תהליך כיפוף פלסטיק בחוט העובר בין מתלים לא מיושרים עוקבים מביא לרדיוס כיפוף חוט קטן יותר; לפיכך, המתח הפלסטי בכיוון המאונך לציר החוט האחראי למנגנון הגזירה גדול יותר ומוביל לזרימה פלסטית מקומית ברצועות הגזירה. מצד שני, מתח נמוך גורם לתהליך ה-CDT של חוט להתרחש עם השתתפות גדולה יותר של מתח אלסטי (כלומר, חלק המתח הפלסטי קטן יותר), מה שמעדיף את הדומיננטיות של דפורמציה הומוגנית. מצבים אלה שונים באופן מובהק מאלה המתרחשים במהלך מבחן המתיחה החד-צירי.

כמו כן, יש לציין ש-CDT משפר את המאפיינים הטכנולוגיים רק עבור חוטים בעלי איכות מספקת, כלומר ללא פגמים פנימיים משמעותיים (נקבוביות, חללים, אי-רציפות, מיקרו-סדקים, חוסר הידבקות רציפות מספקת בגבולות התבואה וכו' .) הנובע מייצור תיל על ידי מטלורגיית אבקה. אחרת, הפיזור הגובר של הערך המתקבל של פיתולים N_Tיחד עם עלייה במספר המעברים מצביעים על התמיינות הולכת וגוברת של מבנה החוט בחלקיו השונים (באורך) ולכן עשוי לשמש גם קריטריון שימושי להערכת איכותו של חוט מסחרי. בעיות אלו יהיו נושא לחקירות עתידיות.

איור 7 השפעת אימון מכאני (מספר מעברים n) על מכאני (א–ג) וטכנולוגי (ד) (מוגדר על ידי נ_Tבמבחן TT) מאפיינים של חוט טונגסטן; ערך המשקל המצורף של 8.5 N

5. מסקנות

1, CDT של חוטי טונגסטן משפר את התכונות הטכנולוגיות שלהם, כפי שהוגדר בבדיקת פיתול עם מתח על ידי N_Tלפני השבירה.

2， הגדלת ה-N_Tמדד של כ-20% מגיע על ידי חוט הנתון לשתי סדרות של CDT.

3， לגודל מתח החוטים בתהליך של CDT יש השפעה משמעותית על התכונות הטכנולוגיות שלו המוגדרות על ידי ערך ה-N_Tמַדָד. הערך הגבוה ביותר שלו הושג על ידי חוט שהיה נתון למתח קל (מתח מתיחה).

4， שימוש במתח גבוה יותר ובמחזורים רבים יותר של כיפוף רב צדדי עם גזירה אינו מוצדק מכיוון שהוא רק מביא לייצוב הערך שהושג קודם לכן של ה-N_Tמַדָד.

5， השיפור המשמעותי של התכונות הטכנולוגיות של חוט הטונגסטן CDT אינו מלווה בשינוי של פרמטרים מכניים שנקבעו במבחן מתיחה, המאשר את האמונה הקיימת בשימושיות הנמוכה של בדיקה כזו כדי לצפות את ההתנהגות הטכנולוגית של החוט.

תוצאות ניסוי שהושגו מדגימות את התאמת ה-CDT של חוטי טונגסטן לייצור ספירלות. בייחוד, בהתבסס על השיטה המשמשת לקידום ברציפות של אורך החוט, כיפוף מחזורי, רב כיווני עם מאמץ קטן, גורם להרפיה של הלחצים הפנימיים. מסיבה זו, קיימת הגבלה לנטיית השבירה של החוט במהלך היווצרות פלסטית של ספירלות. כתוצאה מכך, אושר כי הפחתת כמות הפסולת בתנאי ייצור מגבירה את היעילות של תהליך הייצור על ידי ביטול ציוד ייצור אוטומטי של זמן השבתה שבו, לאחר שבירת החוט, יש להפעיל עצירת חירום "ידנית" על ידי המפעיל.