1. 소개

수 마이크로미터에서 수십 마이크로미터 두께의 텅스텐 와이어는 소성 나선형으로 성형되어 백열등 및 방전 광원에 사용됩니다. 와이어 제조는 분말 기술을 기반으로 합니다. 즉, 화학적 공정을 통해 얻은 텅스텐 분말을 연속적으로 프레싱, 소결 및 소성 성형(회전 단조 및 인발)에 적용합니다. 와이어 와인딩 공정에서는 우수한 플라스틱 특성과 "너무 높지 않은" 탄성이 필요합니다. 반면, 나선형의 활용 조건과 무엇보다도 필요한 높은 크리프 저항으로 인해 재결정화된 와이어는 생산에 적합하지 않습니다. 특히 구조가 거친 경우에는 더욱 그렇습니다.

금속재료의 기계적, 소성적 성질의 변형, 특히 어닐링 처리 없이 강한 가공경화를 감소시키는 것은 기계적 훈련을 통해 가능하다. 이 공정은 금속에 반복적이고 교번적이며 낮은 소성 변형을 가하는 것으로 구성됩니다. 금속의 기계적 특성에 대한 순환 역굴곡의 효과는 특히 CuSn 6.5% 주석 청동 스트립을 사용하는 Bochniak 및 Mosor의 [1] 논문에 기록되어 있습니다. 기계적 훈련이 작업을 완화시키는 것으로 나타났습니다.
불행하게도 간단한 단축 인장 시험에서 결정된 텅스텐 와이어의 기계적 매개변수는 나선 생산 공정에서의 거동을 예측하기에는 훨씬 불충분합니다. 이러한 와이어는 유사한 기계적 특성에도 불구하고 종종 권선에 대한 민감도가 크게 다른 특징이 있습니다. 따라서 텅스텐 와이어의 기술적 특성을 평가할 때 코어 와이어 권선, 단방향 비틀림, 나이프 에지 압축, 굽힘 및 신장 또는 가역 밴딩과 같은 테스트 결과가 더 신뢰할 수 있는 것으로 간주됩니다. . 최근 새로운 기술 테스트가 제안되었습니다[3]. 이 테스트에서는 와이어에 장력과 동시에 비틀림이 가해지고(TT 테스트) 스트레스 상태(저자의 의견으로는)가 생산 공정에서 발생하는 상태와 유사합니다. 필라멘트의. 더욱이 직경이 다른 텅스텐 와이어에 대해 수행된 TT 테스트 결과는 기술 프로세스 중 이후 동작을 예측할 수 있는 능력을 보여주었습니다[4, 5].

여기에 제시된 작업의 목적은 전단 방법[6]을 사용한 연속 다변 굽힘에 의해 텅스텐 와이어에 순환 변형 처리(CDT)를 사용하는 것이 기계적 및 기술적 변형을 어느 정도까지 할 수 있는지에 대한 질문에 대답하는 것입니다. 중요한 속성.

일반적으로 금속의 주기적 변형(예: 인장 및 압축 또는 양측 굽힘)에는 두 가지 다른 구조 과정이 수반될 수 있습니다. 첫 번째는 진폭이 작은 변형의 특징입니다.

소위 피로 현상을 수반하며, 그 결과 강하게 가공 경화된 금속이 파괴되기 전에 변형 연화 금속으로 변합니다[7].

높은 변형률 진폭으로 변형하는 동안 지배적인 두 번째 과정은 소성 흐름을 생성하는 전단 밴드의 강력한 이질화를 생성합니다. 결과적으로, 금속 구조의 급격한 분열, 특히 나노 크기의 입자 형성이 발생하여 가공성을 희생시키면서 기계적 특성이 크게 증가합니다. 이러한 효과는 Huang 등이 개발한 연속적인 반복 주름 및 교정 방법에서 얻을 수 있습니다. [8]은 "기어식" 롤과 매끄러운 롤 사이에 스트립을 여러 번 교대로 통과(롤링)하거나 더 정교한 방식으로 장력 하에서 연속 굽힘 방법인 [9]로 구성됩니다. 회전 롤 세트의 길이를 따라 가역적인 움직임으로 인해 반대 굴곡이 발생합니다. 물론, 소위 Severe Plastic Deformation 방법, 특히 Equal Channel Angular Extrusion [10] 방법을 사용하여 큰 변형을 갖는 단조 변형 중에 Grain의 광범위한 단편화를 얻을 수도 있습니다. 금속 전단. 불행히도 주로 실험실 규모에서 사용되며 기술적으로 불가능합니다.

긴 스트립이나 와이어의 특정 기계적 특성을 얻기 위해 이를 사용합니다.

피로 현상을 활성화하는 능력에 대해 작은 단위 변형을 적용하여 주기적으로 변화하는 전단력의 영향을 평가하려는 일부 시도도 수행되었습니다. 전단력을 이용한 역굴곡에 의해 구리 및 코발트 스트립에 대해 수행된 실험적 연구 결과[11]는 위의 주장을 확인했습니다. 전단 방법을 사용한 역굴곡은 평평한 금속 부품에 적용하기가 매우 쉽지만 와이어에 보다 직접적으로 적용하는 것은 의미가 없습니다. 정의에 따르면 균질한 구조를 얻는 것을 보장하지 않고 따라서 금속 부품에 동일한 특성을 보장하지 않기 때문입니다. 와이어의 원주(임의로 방향이 지정된 반경 포함). 이러한 이유로 본 논문에서는 전단을 통한 연속적인 다각 굽힘을 기반으로 얇은 와이어용으로 설계된 새로 형성된 독창적인 CDT 방법을 활용합니다.

그림 1. 와이어의 기계적 훈련 과정의 계획:1 텅스텐 와이어,2 풀기 위한 와이어가 있는 코일,3 6개의 회전 다이 시스템,4 권선 코일,5 체중 감량, 그리고6 브레이크(주위에 주석 청동 밴드가 있는 강철 실린더)

2. 실험

직경 200μm의 텅스텐 와이어 CDT는 그림 1에 표시된 구성의 특수 제작된 테스트 장치에서 수행되었습니다. 코일에서 풀린 와이어(1)

(2) 직경이 100mm인 와이어와 동일한 직경의 구멍이 있는 6개의 다이(3)로 구성된 시스템에 도입되었습니다. 이 구멍은 공통 하우징에 고정되어 있고 1,350rev/의 속도로 축을 중심으로 회전합니다. 분. 장치를 통과한 후, 와이어는 115 rev/min의 속도로 회전하는 직경 100 mm의 코일(4)에 감겨졌습니다. 회전 다이에 대한 와이어의 선형 속도를 결정하는 적용 매개변수는 26.8mm/rev입니다.

다이 시스템의 적절한 설계는 모든 두 번째 다이가 편심 회전하고(그림 2), 회전 다이를 통과하는 각 와이어 조각이 다이 내부 표면 가장자리에서 아이롱 처리에 의해 유도된 전단과 함께 연속적인 다각 굽힘을 받게 된다는 것을 의미합니다.

그림 2 회전 다이의 도식적 레이아웃(번호로 표시됨)3 그림 1에서)

그림 3 다이 시스템: 일반적인 모습; b 기본 부품:1 중심 다이,2 편심 다이,3 스페이서 링

풀리지 않은 와이어는 장력 적용으로 인한 초기 응력의 영향을 받으며, 이는 얽힘을 방지할 뿐만 아니라 굽힘 및 전단 변형의 상호 참여를 결정합니다. 이는 추(그림 1에서 5와 6으로 지정)에 의해 눌려진 주석 청동 스트립 형태로 코일에 장착된 브레이크 덕분에 가능했습니다. 그림 3은 트레이닝 장치를 접었을 때의 모습과 각 구성요소를 보여준다. 와이어 훈련은 두 가지 다른 가중치를 사용하여 수행되었습니다.

4.7 및 8.5 N, 다이 세트를 최대 4회 ​​통과합니다. 축 응력은 각각 150MPa와 270MPa에 달했습니다.

Zwick Roell 시험기에서 와이어의 인장 시험(초기 상태 및 훈련 상태 모두)을 수행했습니다. 샘플 게이지 길이는 100mm이고 인장 변형률은

8×10^-3 s^-1. 각 경우에 하나의 측정 지점(각

변형)은 최소 5개의 샘플을 나타냅니다.

TT 테스트는 Bochniak 등이 이전에 제시한 그림 4에 표시된 구성을 가진 특수 장치에서 수행되었습니다. (2010). 길이 1m의 텅스텐 와이어(1)의 중심을 캐치(2)에 넣은 후 그 끝단을 가이드롤(3)을 통과시킨 후 각각 10N의 추(4)를 부착하고, 클램프(5)에 막혔습니다. 캐치(2)의 회전 운동으로 인해 두 개의 와이어 조각이 감겨졌습니다.

(스스로 감겨진) 테스트 샘플의 고정된 끝을 사용하여 인장 응력을 점진적으로 증가시키면서 수행되었습니다.

테스트 결과는 비틀림수(N_T)은 와이어를 파열시키는 데 필요하며 일반적으로 그림 5와 같이 형성된 엉킴의 전면에서 발생합니다. 변형당 최소 10개의 테스트가 수행되었습니다. 훈련 후, 와이어는 약간의 물결 모양을 가졌습니다. Bochniak 및 Pieła(2007)[4] 및 Filipek(2010)의 논문에 따르면 다음과 같이 강조되어야 합니다.

[5] TT 테스트는 권선용 와이어의 기술적 특성을 결정하는 간단하고 빠르며 저렴한 방법입니다.

그림 4 TT 테스트 계획:1 테스트된 와이어,2 트위스트 기록 장치와 결합되어 전기 모터에 의해 회전되는 캐치,3 가이드 롤,4무게,5 와이어 끝을 고정하는 조

3. 결과

텅스텐 와이어의 특성에 대한 CDT 공정의 초기 장력과 패스 횟수의 영향이 그림 1과 2에 나와 있습니다. 6 및 7. 획득된 와이어의 기계적 매개변수의 큰 분산은 분말 기술로 얻은 재료의 불균일성 규모를 보여줍니다. 따라서 수행된 분석은 절대값이 아닌 테스트된 특성의 변화 추세에 중점을 둡니다.

상업용 텅스텐 와이어의 평균 항복 응력(YS) 값은 2,026MPa, 최대 인장 강도(UTS)는 2,294MPa, 총 연신율은 2,026MPa입니다.

A2.6%, N_T28까지.

적용된 장력의 크기, CDT 결과는 작습니다.

UTS 감소(4회 통과 후 와이어의 경우 3%를 초과하지 않음), YS 및A 상대적으로 동일한 수준을 유지합니다 (그림 6a-c 및 7a-c).

그림 5 TT 테스트에서 파단 후 텅스텐 와이어의 모습

그림 6 기계 훈련의 효과(패스 수 n) 기계적(a–c) 및 기술적(d)(N으로 정의됨)_TTT 테스트에서) 텅스텐 와이어의 특성; 부착 중량 값 4.7N

CDT는 항상 와이어 꼬임 횟수 N을 크게 증가시킵니다._T. 특히, 처음 두 패스의 경우 N_T4.7N 장력의 경우 34 이상, 8.5N 장력의 경우 거의 33에 도달합니다. 이는 상용 와이어에 비해 약 20% 증가한 수치입니다. 더 많은 패스 수를 적용하면 N이 더 증가합니다._T4.7N의 장력 하에서 훈련하는 경우에만 해당됩니다. 4회 통과 후의 와이어는 N의 평균 크기를 보여줍니다._T37을 초과하여 초기 상태의 와이어와 비교하면 30% 이상 증가한 수치이다. 더 높은 장력에서 와이어를 추가로 훈련하면 이전에 달성한 N의 크기가 더 이상 변경되지 않습니다._T값(그림 6d 및 7d).

4. 분석

얻은 결과는 텅스텐 와이어 CDT에 사용된 방법이 실제로 인장 시험에서 결정된 기계적 매개변수를 변경하지 않지만(최종 인장 강도는 약간 감소함) 크게 증가했음을 보여줍니다.

나선형 생산을 위한 기술적 특성; 이는 TT 테스트의 비틀림 수로 표시됩니다. 이는 Bochniak 및 Pieła(2007)의 초기 연구 결과를 확인합니다.

[4] 나선 생산 공정에서 관찰된 와이어의 거동과 인장 시험 결과의 수렴이 부족하다는 점.

CDT 공정에서 텅스텐 와이어의 반응은 적용된 장력에 따라 크게 달라집니다. 낮은 인장력에서는 패스 수에 따라 비틀림 수가 포물선형으로 증가하는 것을 관찰할 수 있으며, 더 큰 값의 인장을 적용하면(이미 두 패스 이후) 포화 상태를 달성하고 이전에 얻은 기술의 안정화를 얻을 수 있습니다. 속성(그림 6d 및 7d).

텅스텐 와이어의 이러한 다양한 반응은 장력의 크기가 재료의 응력 상태와 변형 상태, 그리고 결과적으로 탄성-소성 거동의 정량적 변화를 결정한다는 사실을 강조합니다. 연속적으로 정렬되지 않은 다이 사이를 통과하는 와이어의 플라스틱 굽힘 과정에서 더 높은 장력을 사용하면 와이어 굽힘 반경이 더 작아집니다. 따라서 전단 메커니즘을 담당하는 와이어 축에 수직인 방향의 소성 변형은 더 크고 전단 밴드에서 국부적인 소성 흐름을 초래합니다. 반면에 장력이 낮으면 와이어의 CDT 공정이 탄성 변형의 참여가 더 커지게 되어(즉, 소성 변형 부분이 더 작아짐) 균질한 변형이 우세해집니다. 이러한 상황은 단축 인장 시험 중에 발생하는 상황과 명백히 다릅니다.

또한 CDT는 충분한 품질을 가진 와이어, 즉 심각한 내부 결함(기공, 공극, 불연속성, 미세 균열, 결정립 경계에서의 충분한 연속성 접착력 부족 등)이 없는 와이어에 대해서만 기술적 특성을 향상시킨다는 점에 유의해야 합니다. .) 분말 야금에 의한 와이어 생산으로 인해 발생합니다. 그렇지 않으면, 비틀림 N의 획득된 값의 분산이 증가합니다._T패스 횟수의 증가는 다양한 부분(길이)에서 와이어 구조의 심화 차별화를 의미하므로 상업용 와이어의 품질을 평가하는 데 유용한 기준이 될 수도 있습니다. 이러한 문제는 향후 조사의 주제가 될 것입니다.

그림 7 기계 훈련의 효과(패스 수 n) 기계적(a–c) 및 기술적(d)(N으로 정의됨)_TTT 테스트에서) 텅스텐 와이어의 특성; 부착 중량 값 8.5N

5. 결론

1, 텅스텐 와이어의 CDT는 N에 의한 인장 시험을 통한 비틀림에서 정의된 바와 같이 기술적 특성을 향상시킵니다._T골절되기 전에.

2. N의 증가_T두 시리즈의 CDT를 적용한 와이어는 약 20%의 지수에 도달합니다.

3, CDT 공정에서 와이어 장력의 크기는 N 값으로 정의되는 기술적 특성에 상당한 영향을 미칩니다._T색인. 약간의 장력(인장 응력)을 받은 와이어에서 가장 높은 값에 도달했습니다.

4, 전단과 함께 더 높은 장력과 더 많은 다변 굽힘 주기를 사용하는 것은 이전에 도달한 N 값을 안정화시키는 결과만 가져오기 때문에 정당화되지 않습니다._T색인.

5, CDT 텅스텐 와이어의 기술적 특성의 상당한 개선은 인장 시험에서 결정된 기계적 매개변수의 변화를 수반하지 않으며, 이는 와이어의 기술적 거동을 예측하기 위한 이러한 테스트의 낮은 유용성에 대한 믿음을 확인시켜 줍니다.

얻은 실험 결과는 나선 생산에 대한 텅스텐 와이어의 CDT 적합성을 입증합니다. 특히, 와이어 길이를 연속적으로 늘리는 데 사용되는 방법을 기반으로 변형이 거의 없는 주기적 다방향 굽힘이 내부 응력을 완화시킵니다. 이러한 이유로 나선의 소성 성형 중에 와이어가 끊어지는 경향이 제한됩니다. 그 결과, 제조 조건에서 폐기물의 양을 줄이면 와이어를 끊은 후 비상 정지를 "수동"으로 활성화해야 하는 자동화 생산 장비의 가동 중지 시간을 제거하여 생산 공정의 효율성이 높아진다는 것을 확인했습니다. 운영자에 의해.