1. Введение

Вольфрамовые проволоки толщиной от нескольких до десятков микрометров пластически формируют в спирали и используют для ламп накаливания и разрядных источников света. Производство проволоки основано на порошковой технологии, т. е. полученный химическим процессом вольфрамовый порошок последовательно подвергается прессованию, спеканию и пластическому формованию (роторная ковка и волочение). Обратите внимание, что процесс намотки проволоки должен обеспечивать хорошие пластические свойства и «не слишком высокую» эластичность. С другой стороны, из-за условий эксплуатации спиралей, и прежде всего необходимого высокого сопротивления ползучести, рекристаллизованные проволоки непригодны для производства, особенно если они имеют крупнозернистую структуру.

Изменение механических и пластических свойств металлических материалов, в частности снижение сильного наклепа без отжига, возможно с помощью механической закалки. Этот процесс заключается в подвергании металла многократной, знакопеременной и малопластической деформации. Влияние циклической контрафлексуры на механические свойства металлов документировано, среди прочего, в статье Бохняка и Мосора [1], в которой использованы полосы оловянной бронзы CuSn с 6,5 % содержанием олова. Показано, что механическая тренировка приводит к смягчению работы.
К сожалению, механические параметры вольфрамовых проволок, определенные в ходе простых испытаний на одноосное растяжение, далеко недостаточны для прогнозирования их поведения в процессе изготовления спиралей. Эти провода, несмотря на схожие механические свойства, часто характеризуются существенно различной восприимчивостью к намотке. Поэтому при оценке технологических характеристик вольфрамовой проволоки более достоверными считаются результаты следующих испытаний: намотка сердечника, однонаправленное кручение, острое сжатие, изгиб и растяжение или обратимое бандажирование [2]. . Недавно был предложен новый технологический метод испытания [3], при котором проволоку подвергают одновременному кручению с растяжением (испытание ТТ), причем напряженное состояние, по мнению авторов, близко к тому, которое имеет место в производственном процессе. нитей. Более того, результаты испытаний ТТ, проведенных на вольфрамовых проволоках различного диаметра, показали его способность предвидеть их дальнейшее поведение в ходе технологических процессов [4, 5].

Целью представленной работы является ответ на вопрос, может ли и в какой степени применение циклической деформационной обработки (ЦДТ) вольфрамовой проволоки путем непрерывного многостороннего изгиба методом сдвига [6] изменить ее механические и технологические свойства. важные свойства.

Вообще говоря, циклическая деформация металлов (например, растяжением и сжатием или двусторонним изгибом) может сопровождаться двумя различными структурными процессами. Первый характерен для деформаций с малыми амплитудами и

связаны с так называемыми явлениями усталости, в результате которых сильно наклепанный металл превращается в деформационно-разупрочненный до того, как произойдет его разрушение [7].

Второй процесс, доминирующий при деформации с большими амплитудами, приводит к сильной гетерогенизации полос сдвига, порождающих пластическое течение. В результате происходит резкая фрагментация структуры металла, в частности, образование наноразмерных зерен, что приводит к значительному повышению его механических свойств в ущерб обрабатываемости. Такой эффект достигается, например, с помощью метода непрерывного повторяющегося гофрирования и выпрямления, разработанного Huang et al. [8], заключающийся в многократном, поочередном, прохождении (прокатке) полос между «зубчатыми» и гладкими валками, или более сложным способом, представляющим собой метод непрерывного изгиба под напряжением [9], при котором растянутая полоса контратакуется за счет реверсивного перемещения по своей длине набора вращающихся валков. Конечно, обширное дробление зерен можно получить и при монотонном деформировании с большими деформациями, используя так называемые методы интенсивной пластической деформации, в частности, методы равноканального углового выдавливания [10], чаще всего удовлетворяющие условиям простого сдвиг металла. К сожалению, они в основном используются в лабораторных масштабах и это технически невозможно.

использовать их для получения определенных механических свойств длинных полос или проволок.

Предпринимались также некоторые попытки оценить влияние циклически изменяющегося сдвига, приложенного при небольших деформациях, на способность активировать явления усталости. Результаты экспериментальных исследований, проведенных [11] на полосках меди и кобальта методом контрафлексуры со сдвигом, подтвердили изложенное выше положение. Хотя метод контрафлексуры со сдвигом достаточно легко применить к плоским металлическим деталям, более прямое применение для проволок не имеет смысла, поскольку по определению не гарантирует получения однородной структуры и, следовательно, одинаковых свойств на окружность (с произвольно ориентированным радиусом) проволоки. По этой причине в данной статье используется недавно сформированный и оригинальный метод CDT, разработанный для тонких проволок, основанный на непрерывном многостороннем изгибе со сдвигом.

Рис. 1 Схема процесса механической закалки проводов:1 вольфрамовая проволока,2 катушка с проволокой, которую нужно размотать,3 система шести вращающихся матриц,4 обмотка катушки,5 сбросить вес и6 тормоз (стальной цилиндр с лентой из оловянной бронзы вокруг него)

2. Экспериментируйте

КДТ вольфрамовой проволоки диаметром 200 мкм проводили на специально сконструированном испытательном устройстве, схема которого представлена ​​на рис. 1. Размотанная проволока (1) с катушки

(2) диаметром 100 мм был введен в систему из шести матриц (3), с отверстиями того же диаметра, что и проволока, закрепленных в общем корпусе и вращающихся вокруг оси со скоростью 1350 об/мин. мин. После прохождения устройства проволока наматывалась на катушку (4) диаметром 100 мм, вращающуюся со скоростью 115 об/мин. Применяемые параметры определяют линейную скорость проволоки относительно вращающихся матриц - 26,8 мм/об.

Соответствующая конструкция системы матриц заключалась в том, что каждая вторая матрица вращалась эксцентрично (рис. 2), а каждый кусок проволоки, проходящий через вращающиеся волоки, подвергался непрерывному многостороннему изгибу со сдвигом, вызываемым глажением края внутренней поверхности матриц.

Рис. 2. Схематическое расположение вращающихся матриц (обозначено номером3 на рис. 1)

Рис. 3. Система штампов: общий вид; б основные части:1 центрические штампы,2 эксцентриковые штампы,3 распорные кольца

Размотанная проволока находилась под действием начального напряжения за счет приложения растяжения, которое не только предохраняет ее от перепутывания, но и определяет взаимное участие изгибной и сдвиговой деформаций. Этого удалось добиться благодаря тормозу, установленному на катушке в виде полоски оловянной бронзы, прижатой грузом (обозначены цифрами 5 и 6 на рис. 1). На рисунке 3 показан внешний вид устройства для тренировок в сложенном виде и каждый из его компонентов. Тренировка проводов проводилась с двумя разными грузами:

4,7 и 8,5 Н, через комплект матриц проходит до четырех проходов. Осевое напряжение составило соответственно 150 и 270 МПа.

Испытание проволоки на растяжение (как в исходном состоянии, так и натренированном) проводили на испытательной машине Zwick Roell. Расчетная длина образцов составляла 100 мм, а скорость деформации при растяжении –

8×10⁻³ s⁻¹. В каждом случае одна точка измерения (для каждого

вариантов) представляет не менее пяти образцов.

ТТ-тест проводился на специальном аппарате, схема которого представлена ​​на рис. 4, представленном ранее Бохняком и соавт. (2010). Центр вольфрамовой проволоки (1) длиной 1 м помещался в фиксатор (2), а затем ее концы, пройдя через направляющие ролики (3), и прикрепив грузы (4) по 10 Н каждый, были заблокированы в зажиме (5). Вращательное движение защелки (2) приводило к наматыванию двух отрезков проволоки.

(намотаны на себя), с закрепленными концами испытуемого образца, проводилось с постепенным увеличением растягивающих напряжений.

Результатом испытаний было количество скруток (N_T) необходимо для разрыва проволоки и обычно происходит на передней части образовавшегося клубка, как показано на рис. 5. Было проведено не менее десяти испытаний на каждый вариант. После тренировки проволока имела слегка волнистую форму. Следует подчеркнуть, что согласно работам Бохняка и Пиелы (2007) [4] и Филипека (2010)

[5] ТТ-тест — простой, быстрый и дешевый метод определения технологических свойств проводов, предназначенных для намотки.

Рис. 4. Схема ТТ-теста:1 проверенный провод,2 защелка, вращаемая электродвигателем, соединенным с устройством регистрации крутки,3 направляющие ролики,4гири,5 губки зажимают концы проволоки

3. Результаты

Влияние начального натяжения и числа проходов в процессе CDT на свойства вольфрамовых проволок показано на рис. 6 и 7. Большой разброс полученных механических параметров проволоки иллюстрирует масштаб неоднородности материала, полученного порошковой технологией, в связи с чем проводимый анализ ориентируется на тенденции изменения испытуемых свойств, а не на их абсолютные значения.

Промышленная вольфрамовая проволока характеризуется средними значениями предела текучести (YS) равным 2026 МПа, предела прочности при растяжении (UTS) 2294 МПа, общего удлинения

A≈2,6 % и N_Tцелых 28. Независимо от

величины приложенного натяжения, CDT приводит лишь к небольшому

снижение УТС (не более 3 % для проволоки после четырех проходов), причем как YS, так иA остаются относительно на одном уровне (рис. 6а–в и 7а–в).

Рис. 5. Вид вольфрамовой проволоки после разрушения при ТТ-испытании

Рис. 6 Эффект механической тренировки (количество проходов n) на механические (а–в) и технологические (г) (определяемые N_Tв тесте ТТ) свойства вольфрамовой проволоки; прилагаемый вес 4,7 Н

КДТ всегда приводит к значительному увеличению числа скруток провода N_T. В частности, для первых двух проходов N_Tдостигает более 34 при натяжении 4,7 Н и почти 33 при натяжении 8,5 Н. Это представляет собой увеличение примерно на 20 % по отношению к промышленной проволоке. Применение большего количества проходов приводит к дальнейшему увеличению N_Tтолько в случае тренировки под напряжением 4,7 Н. Проволока после четырех проходов показывает среднюю величину Н_Tпревышает 37, что по сравнению с проволокой в ​​исходном состоянии представляет собой увеличение более чем на 30 %. Дальнейшая тренировка проволоки при более высоких напряжениях уже не будет изменять величину достигнутого ранее значения N._Tзначения (рис. 6г и 7г).

4. Анализ

Полученные результаты показывают, что использованный метод CDT вольфрамовой проволоки практически не изменяет ее механические параметры, определяемые при испытаниях на растяжение (произошло лишь незначительное снижение предела прочности), но существенно повышает ее.

технологические свойства, предназначенные для изготовления спиралей; это представлено количеством поворотов в тесте ТТ. Это подтверждает результаты более ранних исследований Бохняка и Пиелы (2007).

В [4] о несовпадении результатов испытаний на растяжение с наблюдаемым поведением проволок в процессе изготовления спиралей.

Реакция вольфрамовых проволок на процесс CDT существенно зависит от приложенного напряжения. При малом усилии натяжения наблюдается параболический рост числа витков с числом проходов, а применение больших значений натяжения приводит (уже после двух проходов) к достижению состояния насыщения и стабилизации ранее полученных технологических свойства (рис. 6г и 7г).

Столь разнообразный отклик вольфрамовой проволоки подчеркивает тот факт, что величина натяжения определяет количественное изменение как напряженного, так и деформационного состояния материала и, следовательно, его упруго-пластическое поведение. Использование более высокого натяжения в процессе пластического изгиба при прохождении проволоки между последовательными несоосными матрицами приводит к меньшему радиусу изгиба проволоки; следовательно, пластическая деформация в направлении, перпендикулярном оси проволоки, ответственной за механизм сдвига, больше и приводит к локализованному пластическому течению в полосах сдвига. С другой стороны, при малом растяжении процесс CDT проволоки протекает с большим участием упругой деформации (т. е. меньшая часть пластической деформации), что способствует доминированию однородной деформации. Эти ситуации заметно отличаются от тех, которые возникают во время испытания на одноосное растяжение.

Следует также отметить, что КДТ улучшает технологические характеристики только для проволок достаточного качества, т.е. без существенных внутренних дефектов (пор, пустот, несплошностей, микротрещин, отсутствия достаточной сплошности, адгезии по границам зерен и т.п.). .), образующийся в результате производства проволоки методом порошковой металлургии. В противном случае увеличивается разброс полученного значения круток N_TНаряду с увеличением количества проходов свидетельствует об углублении дифференциации структуры проволоки в различных ее частях (по длине), что также может служить полезным критерием оценки качества товарной проволоки. Эти проблемы станут предметом будущих исследований.

Рис. 7. Эффект механической тренировки (количество проходов n) на механические (а–в) и технологические (г) (определяемые N_Tв тесте ТТ) свойства вольфрамовой проволоки; прилагаемый вес 8,5 Н

5. Выводы

1, CDT вольфрамовых проволок улучшает их технологические свойства, определяемые при испытании на кручение с растяжением по Н._Tдо разрушения.

2, Увеличение N_TПоказатель примерно на 20 % достигается при проволоке, подвергнутой двум сериям CDT.

3， Величина натяжения проволоки в процессе CDT оказывает существенное влияние на ее технологические свойства, определяемые величиной N_Tиндекс. Наибольшее его значение достигалось у проволоки, подвергнутой небольшому натяжению (растягивающему напряжению).

4， Использование как более высокого напряжения, так и большего количества циклов многостороннего изгиба со сдвигом не оправдано, поскольку приводит лишь к стабилизации ранее достигнутого значения N_Tиндекс.

5， Значительное улучшение технологических свойств вольфрамовой проволоки CDT не сопровождается изменением механических параметров, определенных при испытании на растяжение, что подтверждает сложившееся мнение о низкой пригодности такого испытания для прогнозирования технологического поведения проволоки.

Полученные экспериментальные результаты демонстрируют пригодность CDT вольфрамовой проволоки для изготовления спиралей. В частности, на основе метода, используемого для последовательного продвижения длины проволоки, циклический разнонаправленный изгиб с небольшой деформацией вызывает релаксацию внутренних напряжений. По этой причине существует ограничение на склонность проволоки к обрыву при пластическом формовании спиралей. В результате было подтверждено, что снижение количества отходов в производственных условиях повышает эффективность производственного процесса за счет исключения простоев автоматизированного производственного оборудования, в котором после обрыва проволоки необходимо «вручную» активировать аварийную остановку. оператором.