1. はじめに
太さ数μmから数十μmのタングステン線を螺旋状に塑性加工し、白熱光源や放電光源に使用されます。線材の製造は粉末技術に基づいており、化学プロセスで得られたタングステン粉末をプレス、焼結、塑性加工（回転鍛造、絞り加工）という工程を経て製造されます。ワイヤーの巻き付けプロセスでは、良好なプラスチック特性と「高すぎない」弾性が得られる必要があることに注意してください。一方、スパイラルの利用条件、そして何よりも要求される高クリープ耐性のため、再結晶ワイヤは、特に粗粒構造を有する場合、製造には適さない。
金属材料の機械的および塑性的特性を変更すること、特に焼きなまし処理を行わずに強い加工硬化を軽減することは、機械的トレーニングを使用することで可能です。このプロセスは、金属に交互の低塑性変形を繰り返しかけることで構成されます。金属の機械的特性に対する周期的反屈曲の影響は、特に、CuSn 6.5 % 錫青銅ストリップを使用した Bochniak と Mosor の論文 [1] に記載されています。機械的トレーニングが仕事の軟化につながることが示されました。
残念ながら、単純な一軸引張試験で決定されたタングステン ワイヤの機械的パラメータは、スパイラルの製造プロセスにおけるタングステン ワイヤの挙動を予測するにははるかに不十分です。これらのワイヤは、同様の機械的特性にもかかわらず、多くの場合、巻きに対する感受性が大きく異なるという特徴があります。したがって、タングステン ワイヤの技術的特性を評価する場合、芯線の巻き付け、一方向のねじり、ナイフエッジの圧縮、曲げ伸ばし、または可逆的なバンディングのテストの結果がより信頼できると考えられます [2] 。最近、新しい技術試験 [3] が提案されました。この試験では、ワイヤに張力と同時のねじり (TT 試験) がかけられ、その応力状態は (著者らの意見では) 製造プロセスで発生する応力状態に近いと考えられます。フィラメントの。さらに、さまざまな直径のタングステン ワイヤに対して行われた TT テストの結果は、技術プロセス中のその後の挙動を予測する能力を示しています [4、5]。
ここで紹介する研究の目的は、せん断法による連続多面曲げによるタングステン ワイヤの循環変形処理 (CDT) を使用することによって、タングステン ワイヤの機械的および技術的な変更が可能かどうか、またどの程度変更できるかという疑問に答えることです。重要な特性。
一般的に言えば、金属の周期的変形（例えば、引張と圧縮または両側曲げによる）には、2 つの異なる構造プロセスが伴う場合があります。 1 つ目は、振幅が小さい変形に特徴的なもので、
これにはいわゆる疲労現象が含まれており、その結果、強く加工硬化された金属が、破壊が起こる前に歪みが軟化した金属に変化します [7]。
2 番目のプロセスは、高ひずみ振幅の変形中に支配的であり、塑性流動を生成するせん断バンドの強力な不均質化を引き起こします。その結果、金属構造の大幅な断片化、特にナノサイズの粒子の形成が起こり、加工性を犠牲にして機械的特性が大幅に向上します。このような効果は、例えば、Huangらによって開発された連続反復波形および矯正方法で得られる。 [8]、これは「ギア付き」ロールと滑らかなロールの間でストリップを複数、交互に通過（圧延）する方法、またはより洗練された方法で、張力下で連続的に曲げる方法です [9]。回転ロールのセットの長さに沿った可逆的な動きにより対反します。もちろん、いわゆる激しい塑性変形法、特に単純な条件を最もよく満たす等チャンネル角度押出法 [10] を使用して、大きなひずみを伴う単調変形中に粒子の広範な断片化を取得することもできます。金属のせん断。残念ながら、それらは主に実験室規模で使用されており、技術的に不可能です。
それらを使用して、長いストリップまたはワイヤの特定の機械的特性を取得します。
疲労現象を活性化する能力に対する、小さな単位変形に加えられる周期的に変化するせん断の影響を評価するいくつかの試みも行われた。せん断を伴う対反屈曲によって銅とコバルトのストリップに対して実施された実験研究の結果[11]により、上記の理論が確認されました。せん断による反屈曲法は平坦な金属部品に適用するのは非常に簡単ですが、ワイヤーに直接適用することは意味がありません。なぜなら、定義上、均質な構造が得られること、したがって同一の特性が得られることが保証されないからです。ワイヤの円周（半径は任意の方向）。このため、本論文では、せん断を伴う連続多面曲げに基づいて、細線用に設計された新しく形成された独自のCDT方法を利用します。
図1 ワイヤーの機械的トレーニングのプロセスのスキーム:1 タングステン線、2 ワイヤーを巻いたコイルを繰り出し、3 6 つの回転ダイのシステム、4 巻線コイル、5 ブレイクウェイト、そして6 ブレーキ（周囲に錫青銅のバンドが付いた鋼製シリンダー）
2. 実験
直径 200 μm のタングステン ワイヤの CDT は、図 1 にスキームが示されている特別に構築された試験装置で実行されました。 コイルから繰り出されたワイヤ (1)
(2) 直径 100 mm のダイス (3) は、ワイヤと同じ直径の穴があり、共通のハウジングに固定され、軸の周りを 1,350 回転/分の速度で回転する 6 つのダイスからなるシステムに導入されました。分。装置を通過した後、ワイヤは、115 回転/分の速度で回転する直径 100 mm のコイル (4) 上に巻き取られました。適用されたパラメータにより、回転ダイスに対するワイヤの線速度は 26.8 mm/rev と決定されます。
ダイスシステムの適切な設計により、ダイスは 1 つおきに偏心回転し（図 2）、回転するダイスを通過する各ワイヤは、ダイス内面の端にしごき加工によって誘発されるせん断を伴う連続的な多面曲げを受けました。
図 2 回転ダイの概略レイアウト (番号のラベル)3 図1）
図 3 金型のシステム: 全体図。 b 基本部分:1 セントリックダイス、2 風変わりなダイス、3 スペーサーリング
巻き出されたワイヤは張力の適用による初期応力の影響下にあり、この応力はワイヤを絡まりから保護するだけでなく、曲げとせん断変形の相互作用を決定します。これは、重りで押し付けられた錫青銅のストリップの形でコイルに取り付けられたブレーキのおかげで実現できました (図 1 の 5 および 6 として指定)。図 3 に、デバイストレーニングを折りたたんだときの外観とその各コンポーネントを示します。ワイヤーのトレーニングは 2 つの異なる重みで実行されました。
4.7 および 8.5 N、ダイセットを最大 4 回通過します。軸応力はそれぞれ 150 MPa と 270 MPa でした。
ワイヤーの引張試験 (初期状態と訓練済みの両方) は、Zwick Roell 試験機で実行されました。サンプルのゲージ長は 100 mm、引張ひずみ速度は
8×10−3 s−1。いずれの場合も、測定点は 1 つ（各
のバリアント) は少なくとも 5 つのサンプルを表します。
TT テストは、Bochniak らによって以前に提示された図 4 にスキームが示されている特別な装置で実行されました。 （2010年）。長さ1mのタングステン線(1)の中心をキャッチ(2)に置き、端をガイドロール(3)を通過させ、それぞれ10Nの重り(4)を取り付け、クランプ (5) でブロックされていました。キャッチ (2) の回転運動により、2 本のワイヤーが巻き取られます。
試験サンプルの端を固定し、引張応力を徐々に増加させながら（自分自身で巻き取る）試験を実施しました。
試験結果はひねり回数(NT) はワイヤを破断するのに必要であり、図 5 に示すように、通常は形成されたもつれの前面で発生しました。各バリエーションにつき少なくとも 10 回のテストが実行されました。トレーニング後のワイヤーはわずかに波形になっていました。 Bochniak と Pieła (2007) [4] および Filipek (2010) の論文によれば、次のことが強調されるべきです。
[5] TT テストは、巻線用のワイヤの技術的特性を判定するための簡単、迅速、安価な方法です。
図 4 TT テストのスキーム:1 テストされたワイヤー、2 ツイスト記録装置と連動した電動モーターで回転するキャッチ、3 ガイド ロール,4重み、5 ワイヤーの端をクランプするジョー
3. 結果
CDT プロセスにおける初期張力とパス数がタングステン ワイヤの特性に及ぼす影響を図 1 と 2 に示します。得られたワイヤの機械的パラメータの大きなばらつきは、粉末技術によって得られた材料の不均質性の規模を示しているため、実行された分析は、絶対値ではなく、テストされた特性の変化の傾向に焦点を当てています。
市販のタングステン ワイヤは、降伏応力 (YS) の平均値が 2,026 MPa、極限引張強さ (UTS) が 2,294 MPa、総伸びが 2,026 MPa であることを特徴としています。
A≈2.6 % および NT28 まで。
適用される張力の大きさに応じて、CDT の結果はほんのわずかです。
UTS の減少 (4 パス後のワイヤでは 3 % を超えない)、および YS とA 比較的同じレベルに留まります（図6a～cおよび7a～c）。
図5 TT試験における破断後のタングステン線の様子
図6 メカニカルトレーニングの効果（パス数 n) 機械的 (a ～ c) および技術的 (d) (N によって定義)TTT テストで) タングステン ワイヤの特性。付属重量値4.7N
CDT は常にワイヤの撚り数 N の大幅な増加につながります。T。特に、最初の 2 つのパスでは、NT張力 4.7 N では 34 以上、張力 8.5 N ではほぼ 33 に達します。これは、市販のワイヤと比較して約 20 % の増加に相当します。より多くのパスを適用すると、N がさらに増加します。T4.7 N の張力下でトレーニングした場合のみ。4 パス後のワイヤーは N の平均の大きさを示しています。Tこれは、初期状態のワイヤと比較して 30 % 以上の増加を表します。より高い張力でワイヤをさらにトレーニングしても、以前に達成された N の大きさは変更されなくなります。T値（図6dおよび7d）。
4. 分析
得られた結果は、タングステンワイヤ CDT に使用された方法は、引張試験で決定された機械的パラメータを実質的に変更せず (極限引張強さのわずかな低下のみでした)、その強度を大幅に向上させたことを示しています。
技術的特性はスパイラル生産を目的としています。これは、TT テストのツイスト数で表されます。これは、Bochniak と Pieła (2007) による初期の研究結果を裏付けるものです。
[4] 引張試験の結果とスパイラルの製造プロセスで観察されたワイヤの挙動が収束していないことについて。
CDT プロセスにおけるタングステン ワイヤの反応は、加えられる張力に大きく依存します。低張力では、パス数に応じてねじれの数が放物線状に増加することが観察されますが、より大きな値の張力を適用すると (すでに 2 回のパスの後)、以前に得られた技術の飽和状態と安定化が達成されます。特性（図6dおよび7d）。
タングステンワイヤのこのような多様な応答は、張力の大きさが材料の応力状態と変形状態の両方の量的変化、ひいてはその弾塑性挙動を決定するという事実を強調しています。連続する位置ずれしたダイ間を通過するワイヤの塑性曲げプロセス中に高い張力を使用すると、ワイヤの曲げ半径が小さくなります。したがって、せん断のメカニズムに関与するワイヤの軸に垂直な方向の塑性ひずみが大きくなり、せん断バンド内に局所的な塑性流動が生じます。一方、張力が低いと、ワイヤの CDT プロセスが弾性ひずみの関与を大きくして (つまり、塑性ひずみ部分が小さくなり) 行われるため、均一な変形が優先されます。これらの状況は、一軸引張試験中に発生する状況とは明らかに異なります。
また、CDT は、十分な品質を備えたワイヤ、つまり、重大な内部欠陥 (細孔、空隙、不連続性、微小亀裂、粒界での十分な連続性接着力の欠如など) がないワイヤに対してのみ技術的特性を改善することにも注意する必要があります。 .) 粉末冶金によるワイヤーの製造から生じます。それ以外の場合、取得されたツイスト N の値のばらつきが増加します。Tパス数の増加に伴い、ワイヤ構造のさまざまな部分 (長さ方向) の分化が深まっていることを示しており、市販のワイヤの品質を評価するための有用な基準としても機能する可能性があります。これらの問題は今後の調査の対象となるでしょう。
図7 メカニカルトレーニングの効果（パス数 n) 機械的 (a ～ c) および技術的 (d) (N によって定義)TTT テストで) タングステン ワイヤの特性。付属重量値 8.5N
5. 結論
1、タングステンワイヤのCDTは、Nによる引張ねじり試験で定義されているように、その技術的特性を向上させます。T骨折する前に。
2，Nの増加T2 つのシリーズの CDT を適用したワイヤによって、約 20 % の指数に達します。
3， CDT プロセスにおけるワイヤ張力の大きさは、N の値によって定義されるその技術的特性に大きな影響を与えます。T索引。その最高値は、ワイヤにわずかな張力 (引張応力) を加えた場合に達しました。
4、 より高い張力とせん断を伴う多面曲げのサイクルを増やすことは、以前に到達した N の値を安定させるだけであるため、正当化されません。T索引。
5、 CDT タングステン ワイヤの技術的特性の大幅な改善には、引張試験で決定される機械的パラメータの変更は伴っていません。これは、ワイヤの技術的挙動を予測するためのこのような試験の有用性が低いという定説を裏付けています。
得られた実験結果は、スパイラルの製造におけるタングステン ワイヤの CDT の適合性を示しています。特にワイヤ長を順次繰り出す方式により、歪みの少ない多方向の周期曲げにより内部応力を緩和します。この理由により、スパイラルの塑性加工中にワイヤが断線する傾向には制限があります。その結果、断線後に「手動」で緊急停止を行う必要があった自動生産装置のダウンタイムを解消し、製造条件における廃棄物量を削減し、生産プロセスの効率を向上させることが確認された。オペレーターによる。
投稿時間: 2020 年 7 月 17 日