1. Introduksjon

Wolframtråder, med en tykkelse fra flere til titalls mikrometer, formes plastisk til spiraler og brukes til gløde- og utladningslyskilder. Trådfremstilling er basert på pulverteknologien, dvs. at wolframpulver oppnådd gjennom en kjemisk prosess utsettes suksessivt for pressing, sintring og plastforming (roterende smiing og trekking). Merk at trådviklingsprosessen må resultere i gode plastegenskaper og "ikke for høy" elastisitet. På den annen side, på grunn av bruksforholdene til spiraler, og fremfor alt den nødvendige høye krypemotstanden, er rekrystalliserte ledninger ikke egnet for produksjon, spesielt hvis de har en grovkornet struktur.

Å modifisere de mekaniske og plastiske egenskapene til metalliske materialer, spesielt redusere den sterke arbeidsherdingen uten en glødebehandling er mulig ved hjelp av mekanisk trening. Denne prosessen består i å utsette metallet for gjentatt, vekslende og lavplastisk deformasjon. Effektene av syklisk kontrafleksur på mekaniske egenskaper til metaller er blant annet dokumentert i Bochniak og Mosors [1] papir, her bruker CuSn 6,5 % tinnbronsestrimler. Det ble vist at mekanisk trening fører til en oppmykning av arbeidet.
Dessverre er de mekaniske parametrene til wolframtråder bestemt i enkle enaksede strekktester langt utilstrekkelige til å forutsi deres oppførsel i produksjonsprosessen av spiraler. Disse ledningene, til tross for lignende mekaniske egenskaper, er ofte preget av betydelig forskjellig mottakelighet for vikling. Derfor, når man vurderer de teknologiske egenskapene til wolframtråd, anses resultatene av følgende tester for å være mer pålitelige: kjernetrådvikling, ensrettet torsjon, knivegg-kompresjon, bøy-og-strekk eller reversibel banding [2] . Nylig ble det foreslått en ny teknologisk test [3], der tråden utsettes for samtidig torsjon med strekk (TT-test), og spenningstilstanden – etter forfatternes mening – er nær den som oppstår i produksjonsprosessen. av filamentene. Dessuten har resultatene av TT-tester utført på tungsten-tråder med forskjellige diametre vist sin evne til å forutse deres senere oppførsel under teknologiske prosesser [4, 5].

Målet med arbeidet som presenteres her er å svare på spørsmålet om, og om, i hvilken grad bruken av syklusdeformasjonsbehandling (CDT) på wolframtråd ved kontinuerlig multilateral bøying med skjæremetode [6], kan endre dens mekaniske og teknologiske viktige egenskaper.

Generelt sett kan den sykliske deformasjonen av metaller (f.eks. ved strekk og kompresjon eller bilateral bøyning) være ledsaget av to forskjellige strukturelle prosesser. Den første er karakteristisk for deformasjonen med små amplituder og

involverer såkalte utmattelsesfenomener, som resulterer i at det sterkt arbeidsherdede metallet blir til et tøyningsmyknet før det ødelegges [7].

Den andre prosessen, dominerende under deformasjon med høye tøyningsamplituder, produserer sterk heterogenisering av plastiske strømningsgenererende skjærbånd. Følgelig er det en drastisk fragmentering av metallstrukturen, spesielt dannelsen av korn i nanostørrelse, og dermed en betydelig økning i dens mekaniske egenskaper på bekostning av bearbeidbarhet. En slik effekt oppnås i f.eks. kontinuerlig repeterende korrugering og rettemetode utviklet av Huang et al. [8], som består av flere, vekslende, passering (rulling) av strimler mellom de "girede" og glatte rullene, eller på en mer sofistikert måte, som er en metode for kontinuerlig bøying under spenning [9], hvor den strakte strimmelen er kontrafleksert på grunn av en reversibel bevegelse langs lengden av settet med roterende ruller. Selvfølgelig kan den omfattende fragmenteringen av korn også oppnås under monoton deformasjon med stor belastning, ved bruk av de såkalte Severe Plastic Deformation-metodene, spesielt metoder for Equal Channel Angular Extrusion [10] som oftest tilfredsstiller betingelsene for enkel skjær av metall. Dessverre brukes de hovedsakelig i laboratorieskala og det er teknisk sett ikke mulig

å bruke dem til å oppnå spesifikke mekaniske egenskaper til lange strimler eller ledninger.

Noen forsøk er også gjort for å vurdere påvirkningen av syklisk skiftende skjær påført med små enhetsdeformasjoner på evnen til å aktivere utmattelsesfenomenene. Resultatene av eksperimentelle studier utført [11] på strimler av kobber og kobolt ved kontrafleksur med skjæring bekreftet tesen ovenfor. Selv om metoden for kontrafleksering med skjæring er ganske enkel å bruke på flate metalldeler, gir den mer direkte påføringen av ledninger ikke mening, fordi den per definisjon ikke garanterer oppnåelse av homogen struktur, og dermed identiske egenskaper på omkretsen (med vilkårlig orientert radius) av ledningen. Av denne grunn bruker denne artikkelen en nyopprettet og original metode for CDT designet for tynne ledninger, basert på kontinuerlig multilateral bøying med skjæring.

Fig. 1 Skjema for prosessen med mekanisk trening av ledninger:1 wolfram ledning,2 spole med ledning for å spole,3 system med seks roterende dyser,4 viklingsspole,5 bryte vekt, og6 brems (stålsylinder med et bånd av tinnbronse rundt)

2. Eksperiment

CDT av wolframtråd med en diameter på 200 μm ble utført på en spesialkonstruert testanordning hvis skjema er vist i fig. 1. Utrullet ledning (1) fra spolen

(2) med en diameter på 100 mm, ble introdusert i et system med seks dyser (3), med hull med samme diameter som ledningen, som er festet i et felles hus og roterer rundt aksen med en hastighet på 1350 omdreininger/ min. Etter å ha passert gjennom anordningen, ble tråden spolet på spolen (4) med en diameter på 100 mm roterende med en hastighet på 115 omdreininger/min. Brukte parametere bestemmer at trådens lineære hastighet i forhold til de roterende dysene er 26,8 mm/rev.

Passende utforming av dysesystemet betydde at hver andre dyse roterte eksentrisk (fig. 2), og hvert stykke wire som passerte gjennom de roterende dysene ble utsatt for kontinuerlig multilateral bøyning med skjæring indusert ved stryking ved kanten av den indre overflaten av dysene.

Fig. 2 Skjematisk layout av de roterende dysene (merket med nummer3 i fig. 1)

Fig. 3 System av matriser: et generelt riss; b grunnleggende deler:1 sentriske dør,2 eksentriske dør,3 avstandsringer

Utrullet ledning var under påvirkning av innledende spenning på grunn av påføring av spenning, som ikke bare beskytter den mot sammenfiltring, men også bestemmer gjensidig deltagelse av bøying og skjærdeformasjon. Dette var mulig å oppnå takket være bremsen montert på spolen i form av en tinnbronselist presset av en vekt (betegnet som 5 og 6 i fig. 1). Figur 3 viser utseendet til enhetens trening når den er foldet, og hver av dens komponenter. Trening av ledninger ble utført med to forskjellige vekter:

4,7 og 8,5 N, opptil fire passeringer gjennom settet med matriser. Aksialspenning utgjorde henholdsvis 150 og 270 MPa.

Strekktest av wire (både i initial tilstand og trent) ble utført på Zwick Roell testmaskin. Prøvemålelengden var 100 mm og strekktøyningshastigheten var

8×10⁻³ s⁻¹. I hvert tilfelle ett målepunkt (for hver

av variantene) representerer minst fem prøver.

TT-testen ble utført på et spesielt apparat hvis skjema er vist i fig. 4 tidligere presentert av Bochniak et al. (2010). Sentrum av wolframtråden (1) med en lengde på 1 m ble plassert i en hake (2), og deretter endene, etter å ha passert gjennom styrerullene (3), og festet vekter (4) på ​​10 N hver, ble blokkert i en klemme (5). Den roterende bevegelsen til haken (2) resulterte i viklingen av to stykker wire

(rullet på seg selv), med faste ender av den testede prøven, ble utført med en gradvis økning av strekkspenninger.

Testresultatet var antall vridninger (N_T) nødvendig for å sprekke ledningen og skjedde vanligvis på forsiden av den dannede floken, som vist i fig. 5. Minst ti tester per variant ble utført. Etter treningen hadde ledningen en lett bølget form. Det bør understrekes at i henhold til artikler fra Bochniak og Pieła (2007) [4] og Filipek (2010)

[5] TT-testen er en enkel, rask og billig metode for å bestemme de teknologiske egenskapene til ledninger beregnet for vikling.

Fig. 4 Skjema for TT-testen:1 testet ledning,2 fangsten rotert av en elektrisk motor, kombinert med vriopptaksenheten,3 guideruller,4vekter,5 kjever som klemmer endene av ledningen

3. Resultater

Effekten av innledende spenning og antall passeringer i CDT-prosessen på egenskapene til wolframtråder er vist i fig. 6 og 7. En stor spredning av oppnådde mekaniske parametere av tråd illustrerer skalaen av inhomogenitet til materialet oppnådd ved pulverteknologi, og derfor fokuserer analysen som utføres på trendene for endringer av testede egenskaper og ikke på deres absolutte verdier.

Kommersiell wolframtråd kjennetegnes ved gjennomsnittsverdier av flytespenning (YS) lik 2026 MPa, ultimat strekkfasthet (UTS) på 2294 MPa, total forlengelse på

A≈2,6 % og N_Tså mye som 28. Uavhengig av

størrelsen på den påførte spenningen, resulterer CDT i bare en liten

reduksjon av UTS (ikke over 3 % for ledningen etter fire passeringer), og både YS ogA holde seg relativt på samme nivå (fig. 6a–c og 7a–c).

Fig. 5 Visning av wolframtråden etter brudd i TT-testen

Fig. 6 Effekt av mekanisk trening (antall passeringer n) på mekanisk (a–c) og teknologisk (d) (definert av N_Ti TT-testen) egenskapene til wolframtråd; vedlagt vektverdi på 4,7 N

CDT fører alltid til en betydelig økning i antall wirevridninger N_T. Spesielt for de to første pasningene, N_Tnår mer enn 34 for en spenning på 4,7 N og nesten 33 for en spenning på 8,5 N. Dette representerer en økning på ca. 20 % i forhold til den kommersielle tråden. Å bruke et høyere antall pasninger fører til en ytterligere økning i N_Tkun ved trening under strekk på 4,7 N. Tråden etter fire passeringer viser gjennomsnittlig størrelse på N_Tover 37, som, sammenlignet med ledningen i utgangstilstand, representerer en økning på over 30 %. Videre trening av ledningen ved høyere spenninger vil ikke lenger endre størrelsen på tidligere oppnådd N_Tverdier (fig. 6d og 7d).

4. Analyse

De oppnådde resultatene viser at metoden som brukes for wolframtråd CDT praktisk talt ikke endrer de mekaniske parametrene som ble bestemt i strekktester (det var bare en liten reduksjon i endelig strekkstyrke), men økte den betydelig

teknologiske egenskaper ment for en spiralproduksjon; dette er representert ved antall vridninger i TT-testen. Dette bekrefter resultatene fra tidligere studier av Bochniak og Pieła (2007)

[4] om mangelen på konvergens av strekktestresultatene med den observerte oppførselen til ledninger i produksjonsprosessen av spiraler.

Reaksjonen av wolframtråder på prosessen med CDT avhenger betydelig av den påførte spenningen. Ved lavspenningskraft observerer man en parabolsk vekst i antall vridninger med antall passeringer, mens påføring av større verdier av spenning fører (allerede etter to passeringer) til å oppnå metningstilstanden og stabilisering av tidligere oppnådd teknologisk egenskaper (fig. 6d og 7d).

En slik diversifisert respons av wolframtråden understreker det faktum at størrelsen på spenningen bestemmer den kvantitative endringen både av spenningstilstanden og deformasjonstilstanden til materialet og følgelig dets elastisk-plastiske oppførsel. Bruk av høyere spenning under prosessen med plastbøyning i tråd som passerer mellom påfølgende feiljusterte dyser resulterer i en mindre trådbøyeradius; derfor er den plastiske tøyningen i en retning vinkelrett på aksen til tråden som er ansvarlig for skjærmekanismen større og fører til en lokalisert plastisk strømning i skjærbåndene. På den annen side fører lav spenning til at CDT-prosessen av tråd finner sted med større deltagelse av elastisk tøyning (det vil si at den plastiske tøyningsdelen er mindre), noe som favoriserer dominansen av homogen deformasjon. Disse situasjonene er tydelig forskjellige fra det som oppstår under den enaksede strekktesten.

Det bør også bemerkes at CDT forbedrer de teknologiske egenskapene kun for ledninger med tilstrekkelig kvalitet, dvs. uten vesentlige indre defekter (porer, hulrom, diskontinuiteter, mikrosprekker, mangel på tilstrekkelig kontinuitetsadhesjon ved korngrenser, etc. .) som er et resultat av produksjon av tråd ved pulvermetallurgi. Ellers vil den økende spredningen av oppnådd verdi av vridninger N_Tsammen med en økning i antall passeringer indikerer en dypere differensiering av trådstrukturen i dens forskjellige deler (i lengden) og kan derfor også tjene som et nyttig kriterium for å vurdere kvaliteten på en kommersiell tråd. Disse problemene vil bli gjenstand for fremtidige undersøkelser.

Fig. 7 Effekt av mekanisk trening (antall passeringer n) på mekanisk (a–c) og teknologisk (d) (definert av N_Ti TT-testen) egenskapene til wolframtråd; vedlagt vektverdi på 8,5 N

5. Konklusjoner

1, CDT av wolframtråder forbedrer deres teknologiske egenskaper, som definert i torsjon med strekktest av N_Tfør brudd.

2， Økningen av N_Tindeksen med ca. 20 % nås av en ledning som utsettes for to serier CDT.

3， Størrelsen på trådspenningen i prosessen med CDT har en betydelig innvirkning på dens teknologiske egenskaper definert av verdien av N_Tindeks. Dens høyeste verdi ble nådd av en wire utsatt for lett strekk (strekkspenning).

4， Å bruke både høyere spenning og flere sykluser med multilateral bøyning med skjæring er ikke berettiget fordi det bare resulterer i stabilisering av den tidligere oppnådde verdien av N_Tindeks.

5, Den betydelige forbedringen av de teknologiske egenskapene til CDT-wolframtråden er ikke ledsaget av en endring av mekaniske parametere bestemt i strekktesten, noe som bekrefter den holdte troen på den lave brukbarheten til en slik test for å forutse den teknologiske oppførselen til ledningen.

Oppnådde eksperimentelle resultater viser egnetheten CDT til wolframtråd for produksjon av spiraler. Spesielt, basert på metoden som brukes for suksessivt fremskreding av trådlengden, forårsaker syklisk, multidireksjonell bøyning med liten belastning avslapning av de indre spenningene. Av denne grunn er det en begrensning på tendensen til at tråden ryker under plastisk forming av spiraler. Som et resultat ble det bekreftet at reduksjon av avfallsmengden under produksjonsforhold øker effektiviteten i produksjonsprosessen ved å eliminere nedetid automatisert produksjonsutstyr der en nødstopp må aktiveres "manuelt" etter å ha brutt ledningen. av operatøren.