1. Introducere

Firele de wolfram, cu o grosime de la câteva până la zeci de micrometri, sunt formate plastic în spirale și utilizate pentru surse de lumină cu incandescență și descărcare. Fabricarea sârmei se bazează pe tehnologia pulberilor, adică pulberea de wolfram obținută printr-un proces chimic este supusă succesiv la presare, sinterizare și formare plastică (forjare și trefilare rotativă). Rețineți că procesul de înfășurare a firului trebuie să aibă ca rezultat proprietăți plastice bune și elasticitate „nu prea mare”. Pe de altă parte, din cauza condițiilor de exploatare a spiralelor și, mai ales, a rezistenței ridicate la fluaj cerută, firele recristalizate nu sunt potrivite pentru producție, mai ales dacă au o structură cu granulație grosieră.

Modificarea proprietăților mecanice și plastice ale materialelor metalice, în special, reducerea întăririi puternice prin lucru fără un tratament de recoacere este posibilă folosind antrenament mecanic. Acest proces constă în supunerea metalului la deformări repetate, alternante și reduse de plastic. Efectele contraflexiunii ciclice asupra proprietăților mecanice ale metalelor sunt documentate, printre altele, în lucrarea lui Bochniak și Mosor [1], aici folosind benzi de bronz cu staniu CuSn 6,5 %. S-a demonstrat că antrenamentul mecanic duce la o înmuiere a muncii.
Din nefericire, parametrii mecanici ai firelor de wolfram determinați în încercări simple de tracțiune uniaxiale sunt mult insuficienti pentru a prezice comportamentul lor în procesul de producție a spiralelor. Aceste fire, în ciuda proprietăților mecanice similare, sunt adesea caracterizate de o susceptibilitate semnificativ diferită la înfășurare. Prin urmare, atunci când se evaluează caracteristicile tehnologice ale sârmei de wolfram, rezultatele următoarelor teste sunt considerate a fi mai fiabile: înfășurarea miezului de sârmă, torsiune unidirecțională, compresie cu muchia cuțitului, îndoire și întindere sau bandă reversibilă [2] . Recent, a fost propusă o nouă încercare tehnologică [3], în care firul este supus la torsiune cu tensiune simultană (test TT), iar starea de solicitare — în opinia autorilor — este apropiată de cea care apare în procesul de producție. a fila-mentelor. Mai mult, rezultatele testelor TT efectuate pe fire de tung-sten cu diametre diferite au arătat capacitatea acesteia de a anticipa comportamentul lor ulterioară în timpul proceselor tehnologice [4, 5].

Scopul lucrării prezentate aici este de a răspunde la întrebarea dacă și dacă, în ce măsură utilizarea tratamentului de deformare ciclică (CDT) pe sârmă de tungsten prin îndoire multilaterală continuă cu metoda de forfecare [6] poate modifica mecanica și tehnologică a acestuia. proprietăți importante.

În general, deformarea ciclică a metalelor (de exemplu, prin întindere și compresie sau îndoire bilaterală) poate fi însoțită de două procese structurale diferite. Prima este caracteristică pentru deformarea cu amplitudini mici și

implică așa-numitele fenomene de oboseală, având ca rezultat transformarea metalului puternic întărit la lucru într-unul înmuiat prin deformare înainte să se producă distrugerea lui [7].

Al doilea proces, dominant în timpul deformării cu amplitudini mari de deformare, produce o eterogenizare puternică a benzilor plastice de forfecare generatoare de curgere. În consecință, există o fragmentare drastică a structurii metalice, în special, formarea de boabe de dimensiuni nanometrice, astfel, o creștere semnificativă a proprietăților sale mecanice în detrimentul lucrabilitatii. Un astfel de efect este obținut în, de exemplu, metoda de ondulare și îndreptare repetitivă continuă dezvoltată de Huang și colab. [8], care constă în trecerea (rularea) multiple, alternative, de benzi între rolele „îngrenate” și netede, sau într-un mod mai sofisticat, care este o metodă de îndoire continuă sub tensiune [9], în care banda întinsă este contraflexată din cauza unei mișcări reversibile de-a lungul lungimii setului de role rotative. Desigur, fragmentarea extensivă a granulelor poate fi obținută și în timpul deformării monotone cu deformare mare, folosind așa-numitele metode de deformare plastică severă, în special metodele de extrudare unghiulară cu canal egal [10] care de cele mai multe ori îndeplinesc condițiile pentru simple. forfecarea metalului. Din păcate, acestea sunt utilizate în principal la scară de laborator și nu este posibil din punct de vedere tehnic

pentru a le folosi pentru a obține proprietăți mecanice specifice ale benzilor sau sârmelor lungi.

S-au făcut, de asemenea, unele încercări de evaluare a influenței forfecării variabile ciclic aplicate cu deformații unitare mici asupra capacității de a activa fenomenele de oboseală. Rezultatele studiilor experimentale efectuate [11] pe benzi de cupru și cobalt prin contraflexie cu forfecare au confirmat teza de mai sus. Deși metoda contraflexiei cu forfecare este destul de ușor de aplicat pe piesele metalice plane, aplicarea mai directă pentru fire nu are sens, deoarece, prin definiție, nu garantează obținerea unei structuri omogene, și astfel proprietăți identice pe circumferința (cu raza orientată în mod arbitrar) a firului. Din acest motiv, această lucrare utilizează o metodă de CDT nou formată și originală, concepută pentru fire subțiri, bazată pe îndoirea multilaterală continuă cu forfecare.

Fig. 1 Schema procesului de antrenare mecanică a firelor:1 sârmă de wolfram,2 bobină cu sârmă de derulat,3 sistem de șase matrițe rotative,4 bobina de infasurare,5 sparge greutatea și6 frână (cilindru de oțel cu o bandă de bronz de staniu în jurul lui)

2. Experimentează

CDT de sârmă de wolfram cu un diametru de 200 μm a fost efectuată pe un dispozitiv de testare special construit a cărui schemă este prezentată în Fig. 1. Sârmă nerulată (1) din bobină

(2) cu diametrul de 100 mm, a fost introdus într-un sistem de șase matrițe (3), cu orificii de același diametru ca și sârma, care sunt fixate într-o carcasă comună și care se rotesc în jurul axei cu o viteză de 1.350 r/. min. După trecerea prin dispozitiv, firul a fost bobinat pe bobina (4) cu diametrul de 100 mm rotindu-se cu o viteză de 115 r/min. Parametrii aplicați decid că viteza liniară a sârmei în raport cu matrițele rotative este de 26,8 mm/rev.

Proiectarea adecvată a sistemului de matrițe a însemnat că fiecare a doua matriță se învârte excentric (Fig. 2), iar fiecare bucată de sârmă care trece prin matrițele rotative a fost supusă unei îndoiri multilaterale continue cu forfecare indusă prin călcare la marginea suprafeței interioare a matrițelor.

Fig. 2 Dispunerea schematică a matrițelor rotative (etichetate cu numărul3 în fig. 1)

Fig. 3 Sistem de matrițe: vedere generală; b părți de bază:1 moare centrate,2 moare excentrice,3 inele distanțiere

Sârma nerulată a fost sub influența tensiunii inițiale din cauza aplicării tensiunii, care nu numai că îl protejează de încurcare, dar determină și participarea reciprocă la îndoire și deformare prin forfecare. Acest lucru a fost posibil datorită frânei montate pe bobină sub forma unei benzi de bronz de staniu presată de o greutate (desemnată ca 5 și 6 în Fig. 1). Figura 3 arată aspectul antrenamentului dispozitivului atunci când este pliat și fiecare dintre componentele sale. Antrenamentul firelor a fost efectuat cu două greutăți diferite:

4,7 și 8,5 N, până la patru treceri prin setul de matrițe. Tensiunea axială s-a ridicat la 150 și, respectiv, 270 MPa.

Testele de tracțiune ale sârmei (atât în ​​stare inițială, cât și antrenate) au fost efectuate pe mașina de testare Zwick Roell. Lungimea ecartamentului probelor a fost de 100 mm și rata de deformare la tracțiune a fost

8×10⁻³ s⁻¹. În fiecare caz, un punct de măsurare (pentru fiecare

dintre variante) reprezintă cel puţin cinci mostre.

Testul TT a fost efectuat pe un aparat special a cărui schemă este prezentată în Fig. 4 prezentată anterior de Bochniak et al. (2010). Centrul firului de wolfram (1) cu lungimea de 1 m a fost așezat într-o prindere (2), iar apoi capetele acestuia, după ce au trecut prin rolele de ghidare (3) și au atașat greutăți (4) de 10 N fiecare, au fost blocate într-o clemă (5). Mișcarea de rotație a dispozitivului de prindere (2) a dus la înfășurarea a două bucăți de sârmă

(bobinate pe ei înșiși), cu capete fixe ale probei testate, a fost efectuată cu o creștere treptată a tensiunilor de întindere.

Rezultatul testului a fost numărul de răsuciri (N_T) necesare ruperii firului și au avut loc de obicei pe partea din față a încurcăturii formate, așa cum se arată în Fig. 5. Au fost efectuate cel puțin zece teste pe variantă. După antrenament, firul avea o formă ușor ondulată. Trebuie subliniat că, conform lucrărilor lui Bochniak și Pieła (2007) [4] și Filipek (2010)

[5] testul TT este o metodă simplă, rapidă și ieftină pentru a determina proprietățile tehnologice ale firelor destinate bobinării.

Fig. 4 Schema testului TT:1 fir testat,2 prindere rotită de un motor electric, cuplat cu dispozitivul de înregistrare a răsucirii,3 role de ghidare,4greutăți,5 fălcile care prind capetele sârmei

3. Rezultate

Efectul tensiunii inițiale și numărul de treceri în procesul CDT asupra proprietăților firelor de wolfram sunt prezentate în Fig. 6 și 7. O mare împrăștiere a parametrilor mecanici obținuți ai sârmei ilustrează scara neomogenității materialului obținut prin tehnologia pulberilor și, prin urmare, analiza efectuată se concentrează pe tendințele de modificare a proprietăților testate și nu pe valorile absolute ale acestora.

Sârma de tungsten comercială se caracterizează prin valori medii ale efortului de curgere (YS) egale cu 2.026 MPa, rezistența la tracțiune finală (UTS) de 2.294 MPa, alungirea totală a

A≈2,6 % și N_Tcât 28. Indiferent de

mărimea tensiunii aplicate, CDT are ca rezultat doar o mică

scăderea UTS (nu depășește 3 % pentru fir după patru treceri), și atât YS cât șiA rămân relativ la același nivel (Fig. 6a–c și 7a–c).

Fig. 5 Vedere a firului de tungsten după fractură în testul TT

Fig. 6 Efectul antrenamentului mecanic (numărul de treceri n) pe aspecte mecanice (a–c) și tehnologice (d) (definite de N_Tîn testul TT) proprietățile firului de wolfram; greutatea atașată de 4,7 N

CDT duce întotdeauna la o creștere semnificativă a numărului de răsuciri N_T. În special, pentru primele două treceri, N_Tajunge la peste 34 pentru o tensiune de 4,7 N și aproape 33 pentru o tensiune de 8,5 N. Aceasta reprezintă o creștere de aproximativ 20 % față de firul comercial. Aplicarea unui număr mai mare de treceri duce la o creștere suplimentară a N_Tnumai în cazul antrenamentului sub tensiune de 4,7 N. Firul după patru treceri arată mărimea medie a N_Tdepasind 37, ceea ce, fata de firul in stare initiala, reprezinta o crestere de peste 30 %. Pregătirea ulterioară a firului la tensiuni mai mari nu ar mai schimba magnitudinea N obținută anterior_Tvalori (Fig. 6d și 7d).

4. Analiza

Rezultatele obținute arată că metoda utilizată pentru CDT cu sârmă de wolfram practic nu își modifică parametrii mecanici determinați în încercările de tracțiune (a existat doar o ușoară scădere a rezistenței la tracțiune finală), dar a crescut semnificativ.

proprietățile tehnologice sunt destinate producției de spirale; aceasta este reprezentată de numărul de răsuciri în testul TT. Acest lucru confirmă rezultatele studiilor anterioare ale lui Bochniak și Pieła (2007)

[4] despre lipsa de convergență a rezultatelor încercărilor de tracțiune cu comportamentul observat al firelor în procesul de producție a spiralelor.

Reacția firelor de tungsten asupra procesului de CDT depinde în mod semnificativ de tensiunea aplicată. La forța de tensiune joasă se observă o creștere parabolică a numărului de răsuciri odată cu numărul de treceri, în timp ce aplicarea unor valori mai mari ale tensiunii duce (deja după două treceri) la atingerea stării de saturație și la stabilizarea tehnologică obținută anterior. proprietăți (fig. 6d și 7d).

Un astfel de răspuns diversificat al sârmei de wolfram subliniază faptul că mărimea tensiunii determină modificarea cantitativă atât a stării de efort, cât și a stării de deformare a materialului și, în consecință, comportamentul elastic-plastic al acestuia. Utilizarea unei tensiuni mai mari în timpul procesului de îndoire a plasticului în trecerea sârmei între matrițele succesive nealiniate duce la o rază de îndoire a sârmei mai mică; prin urmare, deformarea plastică într-o direcție perpendiculară pe axa firului responsabil pentru mecanismul de forfecare este mai mare și duce la un flux de plastic localizat în benzile de forfecare. Pe de altă parte, tensiunea scăzută face ca procesul CDT al sârmei să aibă loc cu o participare mai mare a deformarii elastice (adică partea de deformare plastică este mai mică), ceea ce favorizează dominarea deformării omogene. Aceste situații sunt net diferite de cele care apar în timpul încercării de tracțiune uniaxiale.

De remarcat, de asemenea, că CDT îmbunătățește caracteristicile tehnologice numai pentru fire de calitate suficientă, adică fără defecte interne semnificative (pori, goluri, discontinuități, micro-fisuri, lipsă de continuitate suficientă a aderenței la limitele de granule etc. .) rezultate din producerea de sârmă prin metalurgia pulberilor. În caz contrar, împrăștierea crescândă a valorii obținute a răsucirilor N_Tîmpreună cu o creștere a numărului de treceri indică o diferențiere din ce în ce mai adâncă a structurii de sârmă în diferitele sale părți (pe lungime), astfel încât poate servi și ca un criteriu util pentru evaluarea calității unui fir comercial. Aceste probleme vor face obiectul unor investigații viitoare.

Fig. 7 Efectul antrenamentului mecanic (numărul de treceri n) pe aspecte mecanice (a–c) și tehnologice (d) (definite de N_Tîn testul TT) proprietățile firului de wolfram; greutatea atașată de 8,5 N

5. Concluzii

1, CDT de fire de tungsten îmbunătățește proprietățile lor tehnologice, așa cum sunt definite în testul de torsiune cu tensiune de N_Tînainte de fracturare.

2， Creșterea N_Tindicele cu aproximativ 20 % este atins printr-un fir supus la două serii de CDT.

3， Mărimea tensiunii firului în procesul CDT are un impact semnificativ asupra proprietăților sale tehnologice definite de valoarea N._Tindex. Valoarea sa cea mai mare a fost atinsă de un fir supus unei ușoare tensiuni (efort de tracțiune).

4， Utilizarea atât a unei tensiuni mai mari, cât și a mai multor cicluri de îndoire multilaterală cu forfecare nu este justificată, deoarece are ca rezultat doar stabilizarea valorii atinse anterior a N._Tindex.

5， Îmbunătățirea semnificativă a proprietăților tehnologice ale firului de tungsten CDT nu este însoțită de o modificare a parametrilor mecanici determinați în testul de tracțiune, confirmând credința susținută în utilizarea scăzută a unui astfel de test pentru a anticipa comportamentul tehnologic al firului.

Rezultatele experimentale obținute demonstrează adecvarea CDT a sârmei de tungsten pentru producerea de spirale. În special, pe baza metodei utilizate pentru avansarea succesivă a lungimii sârmei, îndoirea ciclică, multidirecțională cu deformare redusă, determină relaxarea tensiunilor interne. Din acest motiv, există o restricție a tendinței de rupere a sârmei în timpul formării plastice a spiralelor. Drept urmare, s-a confirmat că reducerea cantității de deșeuri în condițiile de producție crește eficiența procesului de producție prin eliminarea timpilor de nefuncționare a echipamentelor de producție automatizate în care, după ruperea firului, o oprire de urgență trebuie activată „manual” de către operator.