1. Inleiding

Wolfraamdraden, met een dikte van enkele tot tientallen micrometers, worden plastisch tot spiralen gevormd en gebruikt voor gloeilampen en ontladingslichtbronnen. De draadproductie is gebaseerd op de poedertechnologie, dwz wolfraampoeder verkregen via een chemisch proces wordt achtereenvolgens onderworpen aan persen, sinteren en plastisch vormen (roterend smeden en trekken). Houd er rekening mee dat het draadwikkelproces moet resulteren in goede plastische eigenschappen en een “niet te hoge” elasticiteit. Aan de andere kant zijn herkristalliseerde draden vanwege de exploitatieomstandigheden van spiralen en vooral de vereiste hoge kruipweerstand niet geschikt voor productie, vooral als ze een grofkorrelige structuur hebben.

Het wijzigen van de mechanische en plastische eigenschappen van metallische materialen, in het bijzonder het verminderen van de sterke verharding zonder een gloeibehandeling, is mogelijk met behulp van mechanische training. Dit proces bestaat uit het onderwerpen van het metaal aan herhaalde, afwisselende en weinig plastische vervorming. De effecten van cyclische contraflexuur op de mechanische eigenschappen van metalen zijn onder meer gedocumenteerd in het artikel van Bochniak en Mosor [1], waarbij gebruik wordt gemaakt van CuSn 6,5% tinbronsstrips. Er werd aangetoond dat mechanische training leidt tot werkverzachting.
Helaas zijn de mechanische parameters van wolfraamdraden, bepaald in eenvoudige uniaxiale trekproeven, veel onvoldoende om hun gedrag in het productieproces van spiralen te voorspellen. Deze draden worden, ondanks vergelijkbare mechanische eigenschappen, vaak gekenmerkt door een aanzienlijk verschillende gevoeligheid voor wikkelen. Daarom worden bij het beoordelen van de technologische kenmerken van wolfraamdraad de resultaten van de volgende tests als betrouwbaarder beschouwd: kerndraadwikkeling, unidirectionele torsie, meskantcompressie, buigen en uitrekken of omkeerbare banden [2] . Onlangs werd een nieuwe technologische test voorgesteld [3], waarbij de draad wordt onderworpen aan gelijktijdige torsie met spanning (TT-test), en de spanningstoestand – naar de mening van de auteurs – dicht bij die ligt die optreedt tijdens het productieproces. van de filamenten. Bovendien hebben de resultaten van TT-tests uitgevoerd op wolfraamdraden met verschillende diameters aangetoond dat het in staat is te anticiperen op hun latere gedrag tijdens technologische processen [4, 5].

Het doel van het hier gepresenteerde werk is het beantwoorden van de vraag of, en of, in welke mate het gebruik van cyclische vervormingsbehandeling (CDT) op wolfraamdraad door continu multilateraal buigen met afschuifmethode [6], de mechanische en technologische eigenschappen ervan kan wijzigen. belangrijke eigenschappen.

Over het algemeen kan de cyclische vervorming van metalen (bijvoorbeeld door spanning en compressie of bilaterale buiging) gepaard gaan met twee verschillende structurele processen. De eerste is kenmerkend voor de vervorming met kleine amplitudes en

gaat gepaard met zogenaamde vermoeiingsverschijnselen, die ertoe leiden dat het sterk door arbeid geharde metaal verandert in een door spanning verzacht metaal voordat het wordt vernietigd [7].

Het tweede proces, dominant tijdens vervorming met amplitudes met hoge rek, produceert een sterke heterogenisatie van plastische strominggenererende schuifbanden. Bijgevolg is er een drastische fragmentatie van de metaalstructuur, in het bijzonder de vorming van korrels van nanogrootte, en dus een aanzienlijke toename van de mechanische eigenschappen ervan, ten koste van de verwerkbaarheid. Een dergelijk effect wordt bijvoorbeeld verkregen bij de methode voor continu herhaald golven en rechttrekken, ontwikkeld door Huang et al. [8], dat bestaat uit het meerdere, afwisselend passeren (rollen) van stroken tussen de “tandwiel”- en gladde rollen, of op een meer geavanceerde manier, wat een methode is van continu buigen onder spanning [9], waarbij de uitgerekte strook is gecontraflexeerd vanwege een omkeerbare beweging langs de lengte van het stel roterende rollen. Natuurlijk kan de uitgebreide fragmentatie van korrels ook worden verkregen tijdens monotone vervorming met grote spanning, met behulp van de zogenaamde Severe Plastic Deformation-methoden, in het bijzonder methoden van Equal Channel Angular Extrusie [10] die meestal voldoen aan de voorwaarden voor eenvoudige afschuiving van metaal. Helaas worden ze vooral op laboratoriumschaal gebruikt en is dat technisch niet mogelijk

om ze te gebruiken om specifieke mechanische eigenschappen van lange strips of draden te verkrijgen.

Er zijn ook enkele pogingen gedaan om de invloed van cyclisch veranderende afschuiving toegepast met kleine eenheidsvervormingen op het vermogen om de vermoeidheidsverschijnselen te activeren te beoordelen. De resultaten van experimentele studies uitgevoerd [11] op strips van koper en kobalt door contraflexuur met afschuiving bevestigden de bovenstaande stelling. Hoewel de contraflexuur-met-afschuifmethode vrij eenvoudig kan worden toegepast op platte metalen onderdelen, heeft de directere toepassing voor draden geen zin, omdat dit per definitie geen garantie biedt voor het verkrijgen van een homogene structuur, en dus identieke eigenschappen op het oppervlak. de omtrek (met willekeurig georiënteerde straal) van de draad. Om deze reden maakt dit artikel gebruik van een nieuw gevormde en originele CDT-methode, ontworpen voor dunne draden, gebaseerd op continu multilateraal buigen met afschuiving.

Fig. 1 Schema van het proces van mechanische training van draden:1 wolfraam draad,2 spoel met draad om af te rollen,3 systeem van zes roterende matrijzen,4 kronkelende spoel,5 gewicht breken, en6 rem (stalen cilinder met daaromheen een band van tinbrons)

2. Experimenteer

CDT van wolfraamdraad met een diameter van 200 μm werd uitgevoerd op een speciaal geconstrueerd testapparaat waarvan het schema wordt getoond in figuur 1. Afgerolde draad (1) van de spoel

(2) met een diameter van 100 mm, werd ingebracht in een systeem van zes matrijzen (3), met gaten met dezelfde diameter als de draad, die in een gemeenschappelijke behuizing zijn bevestigd en rond de as draaien met een snelheid van 1.350 omw/min. min. Nadat de draad door het apparaat was gegaan, werd deze op de spoel (4) met een diameter van 100 mm gewikkeld, die ronddraaide met een snelheid van 115 omw/min. De toegepaste parameters bepalen of de lineaire snelheid van de draad ten opzichte van de roterende matrijzen 26,8 mm/omw is.

Een passend ontwerp van het matrijzensysteem betekende dat elke tweede matrijs excentrisch draaide (figuur 2), en dat elk stuk draad dat door de roterende matrijzen ging, werd onderworpen aan continu multilateraal buigen waarbij afschuiving werd veroorzaakt door strijken aan de rand van het binnenoppervlak van de matrijzen.

Fig. 2 Schematische lay-out van de roterende matrijzen (gelabeld met nummer3 in afb. 1)

Fig. 3 Matrijssysteem: een algemeen beeld; b basisonderdelen:1 centrale matrijzen,2 excentrieke matrijzen,3 afstandsringen

Afgerolde draad stond onder invloed van initiële spanning als gevolg van het uitoefenen van spanning, wat hem niet alleen beschermt tegen verstrengeling, maar ook de wederzijdse deelname aan buig- en schuifvervorming bepaalt. Dit was mogelijk dankzij de rem die op de spoel was gemonteerd in de vorm van een tinnen bronzen strip die werd ingedrukt door een gewicht (aangeduid als 5 en 6 in figuur 1). Figuur 3 toont het uiterlijk van de apparaattraining in opgevouwen toestand, en elk van zijn componenten. Het trainen van draden werd uitgevoerd met twee verschillende gewichten:

4,7 en 8,5 N, maximaal vier passen door de set matrijzen. De axiale spanning bedroeg respectievelijk 150 en 270 MPa.

Trektesten van draad (zowel in initiële staat als getraind) werden uitgevoerd op de Zwick Roell-testmachine. De meetlengte van de monsters was 100 mm en de reksnelheid was

8×10⁻³ s⁻¹. In elk geval wordt één meetpunt (voor elk

van de varianten) vertegenwoordigt ten minste vijf monsters.

De TT-test werd uitgevoerd op een speciaal apparaat waarvan het schema wordt getoond in figuur 4, eerder gepresenteerd door Bochniak et al. (2010). Het midden van de wolfraamdraad (1) met een lengte van 1 m werd in een pal (2) geplaatst en vervolgens de uiteinden ervan, nadat ze door de geleidingsrollen (3) waren gegaan en gewichten (4) van elk 10 N waren bevestigd, zaten vast in een klem (5). De roterende beweging van de pal (2) resulteerde in het opwikkelen van twee stukken draad

(op zichzelf gewikkeld), met vaste uiteinden van het geteste monster, werd uitgevoerd met een geleidelijke toename van de trekspanningen.

Het testresultaat was het aantal draaiingen (N_T) nodig om de draad te breken en vond meestal plaats aan de voorkant van de gevormde kluwen, zoals weergegeven in figuur 5. Er werden minimaal tien tests per variant uitgevoerd. Na de training had de draad een licht golvende vorm. Benadrukt moet worden dat volgens de artikelen van Bochniak en Pieła (2007) [4] en Filipek (2010)

[5] De TT-test is een eenvoudige, snelle en goedkope methode om de technologische eigenschappen te bepalen van draden die bedoeld zijn om te wikkelen.

Afb. 4 Schema van de TT-test:1 geteste draad,2 vangst geroteerd door een elektromotor, gekoppeld aan het draairegistratieapparaat,3 geleidingsrollen,4gewichten,5 kaken die de uiteinden van de draad vastklemmen

3. Resultaten

Het effect van initiële spanning en het aantal passages in het CDT-proces op de eigenschappen van wolfraamdraden worden getoond in Fig. 6 en 7. Een grote spreiding van verkregen mechanische parameters van draad illustreren de schaal van inhomogeniteit van het materiaal verkregen door poedertechnologie, en daarom concentreert de uitgevoerde analyse zich op de trends van veranderingen van geteste eigenschappen en niet op hun absolute waarden.

Commerciële wolfraamdraad wordt gekenmerkt door gemiddelde waarden van vloeispanning (YS) gelijk aan 2.026 MPa, ultieme treksterkte (UTS) van 2.294 MPa, totale rek van

A≈2,6% en de N_Tmaar liefst 28. Ongeacht de

omvang van de uitgeoefende spanning, resulteert CDT slechts in een kleine

afname van UTS (niet meer dan 3% voor de draad na vier passages), en zowel YS alsA relatief op hetzelfde niveau blijven (figuren 6a – c en 7a – c).

Fig. 5 Aanzicht van de wolfraamdraad na breuk in de TT-test

Afb. 6 Effect van mechanische training (aantal passen n) op mechanisch (a – c) en technologisch (d) (gedefinieerd door N_Tin de TT-test) eigenschappen van wolfraamdraad; bijgevoegde gewichtswaarde van 4,7 N

CDT leidt altijd tot een aanzienlijke toename van het aantal draadwindingen N_T. In het bijzonder, voor de eerste twee passages, N_Tbereikt ruim 34 voor een spanning van 4,7 N en bijna 33 voor een spanning van 8,5 N. Dit vertegenwoordigt een stijging van ongeveer 20% ten opzichte van de commerciële draad. Het toepassen van een hoger aantal passages leidt tot een verdere toename van N_Talleen bij trainen onder spanning van 4,7 N. De draad toont na vier passages de gemiddelde grootte van N_Tvan meer dan 37, wat, vergeleken met de draad in oorspronkelijke staat, een stijging van meer dan 30% betekent. Verder trainen van de draad bij hogere spanningen zou de omvang van de eerder bereikte N niet langer veranderen_Twaarden (figuren 6d en 7d).

4. Analyse

De verkregen resultaten laten zien dat de methode die wordt gebruikt voor CDT van wolfraamdraad de mechanische parameters die zijn bepaald in trekproeven vrijwel niet verandert (er was slechts een lichte afname van de treksterkte), maar de treksterkte aanzienlijk verhoogde.

technologische eigenschappen zijn bedoeld voor de productie van spiralen; dit wordt weergegeven door het aantal draaiingen in de TT-test. Dit bevestigt de resultaten van eerdere onderzoeken van Bochniak en Pieła (2007).

[4] over het gebrek aan convergentie van de trekproefresultaten met het waargenomen gedrag van draden in het productieproces van spiralen.

De reactie van wolfraamdraden op het CDT-proces hangt in belangrijke mate af van de uitgeoefende spanning. Bij een lage spankracht neemt men een parabolische groei van het aantal draaiingen waar met het aantal passages, terwijl de toepassing van grotere spanningswaarden (al na twee passages) leidt tot het bereiken van de staat van verzadiging en de stabilisatie van eerder verkregen technologische ontwikkelingen. eigenschappen (figuren 6d en 7d).

Een dergelijke gediversifieerde respons van de wolfraamdraad onderstreept het feit dat de omvang van de spanning de kwantitatieve verandering bepaalt van zowel de spanningstoestand als de vervormingstoestand van het materiaal en bijgevolg het elastisch-plastische gedrag ervan. Het gebruik van een hogere spanning tijdens het plastisch buigen van draad die tussen opeenvolgende niet goed uitgelijnde matrijzen loopt, resulteert in een kleinere draadbuigradius; vandaar dat de plastische spanning in een richting loodrecht op de as van de draad die verantwoordelijk is voor het afschuifmechanisme groter is en leidt tot een plaatselijke plastische stroming in de afschuifbanden. Aan de andere kant zorgt een lage spanning ervoor dat het CDT-proces van draad plaatsvindt met een grotere deelname van elastische rek (dat wil zeggen dat het plastische rekgedeelte kleiner is), wat de dominantie van homogene vervorming bevordert. Deze situaties zijn duidelijk verschillend van die welke optreden tijdens de uniaxiale trekproef.

Er moet ook worden opgemerkt dat CDT de technologische kenmerken alleen verbetert voor draden met voldoende kwaliteit, dwz zonder significante interne defecten (poriën, holtes, discontinuïteiten, microscheuren, gebrek aan voldoende continuïteitshechting bij korrelgrenzen, enz.). .) die voortkomen uit de productie van draad door middel van poedermetallurgie. Anders zal de toenemende spreiding van de verkregen waarde van twists N_Tsamen met een toename van het aantal passages duidt dit op een diepere differentiatie van de draadstructuur in de verschillende delen ervan (langdurig), en kan dus ook dienen als een nuttig criterium voor het beoordelen van de kwaliteit van een commerciële draad. Deze problemen zullen het onderwerp zijn van toekomstig onderzoek.

Afb. 7 Effect van mechanische training (aantal passen n) op mechanisch (a – c) en technologisch (d) (gedefinieerd door N_Tin de TT-test) eigenschappen van wolfraamdraad; bijgevoegde gewichtswaarde van 8,5 N

5. Conclusies

1, CDT van wolfraamdraden verbetert hun technologische eigenschappen, zoals gedefinieerd in de torsie met spanningstest door N_Tvoordat het breekt.

2, De toename van de N_Tindex van ongeveer 20% wordt bereikt door een draad onderworpen aan twee series CDT.

3. De omvang van de draadspanning tijdens het CDT-proces heeft een aanzienlijke invloed op de technologische eigenschappen ervan, gedefinieerd door de waarde van de N_Tindex. De hoogste waarde werd bereikt door een draad onderworpen aan lichte spanning (trekspanning).

4. Het gebruik van zowel hogere spanning als meer cycli van multilateraal buigen met afschuiving is niet gerechtvaardigd omdat het alleen maar resulteert in het stabiliseren van de eerder bereikte waarde van de N_Tindex.

5. De aanzienlijke verbetering van de technologische eigenschappen van de CDT-wolfraamdraad gaat niet gepaard met een verandering van mechanische parameters die zijn bepaald in een trekproef, wat het geloof bevestigt in de lage bruikbaarheid van een dergelijke test om te anticiperen op het technologische gedrag van de draad.

Verkregen experimentele resultaten demonstreren de geschiktheid CDT van wolfraamdraad voor de productie van spiralen. In het bijzonder veroorzaakt, gebaseerd op de methode die wordt gebruikt voor het opeenvolgend voortbewegen van de draadlengte, cyclisch, multidirectioneel buigen met weinig spanning een ontspanning van de interne spanningen. Om deze reden is er een beperking aan de neiging van draadbreuk tijdens het plastisch vormen van spiralen. Als gevolg hiervan werd bevestigd dat het verminderen van de hoeveelheid afval onder productieomstandigheden de efficiëntie van het productieproces verhoogt door het elimineren van stilstand van geautomatiseerde productieapparatuur waarin, na het breken van de draad, een noodstop “handmatig” moet worden geactiveerd. door de exploitant.