1. Úvod

Volfrámové drôty s hrúbkou od niekoľkých do desiatok mikrometrov sú plasticky tvarované do špirál a používajú sa ako žiarovkové a výbojkové zdroje svetla. Výroba drôtu je založená na práškovej technológii, tj volfrámový prášok získaný chemickým procesom sa postupne podrobuje lisovaniu, spekaniu a tvarovaniu plastov (rotačné kovanie a ťahanie). Upozorňujeme, že proces navíjania drôtu musí viesť k dobrým plastickým vlastnostiam a „nie príliš vysokej“ elasticite. Na druhej strane z dôvodu podmienok využitia špirál a predovšetkým požadovanej vysokej odolnosti proti tečeniu nie sú rekryštalizované drôty vhodné na výrobu, najmä ak majú hrubozrnnú štruktúru.

Úprava mechanických a plastických vlastností kovových materiálov, najmä zníženie silného mechanického vytvrdzovania bez úpravy žíhaním, je možné pomocou mechanickej prípravy. Tento proces pozostáva z vystavenia kovu opakovanej, striedavej a nízkoplastickej deformácii. Účinky cyklickej kontraflexie na mechanické vlastnosti kovov sú dokumentované okrem iného v práci Bochniaka a Mosora [1], tu s použitím CuSn 6,5 % cínových bronzových pásikov. Ukázalo sa, že mechanický tréning vedie k zmäkčeniu práce.
Bohužiaľ, mechanické parametre volfrámových drôtov stanovené v jednoduchých jednoosových ťahových skúškach sú ďaleko nedostatočné na predpovedanie ich správania vo výrobnom procese špirál. Tieto drôty, aj napriek podobným mechanickým vlastnostiam, sa často vyznačujú výrazne odlišnou náchylnosťou na vinutie. Preto sa pri posudzovaní technologických charakteristík volfrámového drôtu považujú za spoľahlivejšie výsledky nasledujúcich skúšok: vinutie jadrového drôtu, jednosmerné krútenie, stláčanie ostrím noža, ohýbanie a rozťahovanie alebo reverzibilné páskovanie [2] . Nedávno bola navrhnutá nová technologická skúška [3], pri ktorej je drôt vystavený súčasnému krúteniu s ťahom (TT test) a stav napätia sa podľa autorov blíži stavu, ktorý sa vyskytuje vo výrobnom procese. vlákien. Navyše výsledky TT testov uskutočnených na volfrámových drôtoch s rôznymi priemermi preukázali jeho schopnosť predvídať ich neskoršie správanie počas technologických procesov [4, 5].

Cieľom tu prezentovanej práce je odpovedať na otázku, či a či, do akej miery môže použitie cyklickej deformačnej úpravy (CDT) na volfrámovom drôte kontinuálnym mnohostranným ohýbaním metódou strihania [6] modifikovať jeho mechanické a technologické dôležité vlastnosti.

Všeobecne povedané, cyklickú deformáciu kovov (napr. ťahom a tlakom alebo obojstranným ohybom) môžu sprevádzať dva rôzne štrukturálne procesy. Prvý je charakteristický pre deformáciu s malými amplitúdami a

zahŕňa takzvané únavové javy, ktorých výsledkom je, že silne mechanicky spevnený kov sa zmení na deformačne zmäkčený skôr, než dôjde k jeho deštrukcii [7].

Druhý proces, dominantný počas deformácie s vysokými amplitúdami deformácie, vytvára silnú heterogenizáciu plastických šmykových pásov vytvárajúcich tok. V dôsledku toho dochádza k drastickej fragmentácii kovovej štruktúry, najmä k tvorbe nanozŕn, a tým k výraznému zvýšeniu jej mechanických vlastností na úkor spracovateľnosti. Takýto efekt sa dosiahne napr. metódou kontinuálneho opakovaného zvlnenia a vyrovnávania vyvinutou Huangom a kol. [8], ktorý pozostáva z viacnásobného, ​​striedavého, prechádzania (valcovania) pásov medzi „ozubeným“ a hladkým valcom, alebo sofistikovanejším spôsobom, ktorým je metóda kontinuálneho ohýbania pod napätím [9], kde natiahnutý pás je kontraflexná v dôsledku reverzibilného pohybu pozdĺž svojej dĺžky sady rotujúcich valcov. Rozsiahlu fragmentáciu zŕn možno samozrejme dosiahnuť aj pri monotónnej deformácii s veľkým namáhaním, a to pomocou metód tzv. Severe Plastic Deformation, najmä metód Equal Channel Angular Extrusion [10], ktoré najčastejšie spĺňajú podmienky pre jednoduché strih kovu. Žiaľ, používajú sa hlavne v laboratórnom meradle a technicky to nie je možné

použiť ich na získanie špecifických mechanických vlastností dlhých pásov alebo drôtov.

Uskutočnili sa aj pokusy posúdiť vplyv cyklicky sa meniaceho šmyku aplikovaného s malými jednotkovými deformáciami na schopnosť aktivovať javy únavy. Výsledky experimentálnych štúdií uskutočnených [11] na pásoch medi a kobaltu kontraflexiou so strihom potvrdili vyššie uvedenú tézu. Hoci metóda kontraflexie so strihom sa dá pomerne ľahko aplikovať na ploché kovové časti, priamejšia aplikácia na drôty nedáva zmysel, pretože podľa definície nezaručuje získanie homogénnej štruktúry, a teda identických vlastností na povrchu. obvod (s ľubovoľne orientovaným polomerom) drôtu. Z tohto dôvodu tento článok využíva novovytvorenú a originálnu metódu CDT navrhnutú pre tenké drôty, založenú na kontinuálnom mnohostrannom ohýbaní so strihom.

Obr. 1 Schéma procesu mechanického školenia drôtov: Obr.1 volfrámový drôt,2 cievka s drôtom na odvíjanie,3 systém šiestich rotujúcich matríc,4 cievka vinutia,5 prerušiť hmotnosť, a6 brzda (oceľový valec s pásom z cínového bronzu okolo neho)

2. Experimentujte

CDT volfrámového drôtu s priemerom 200 μm sa uskutočnilo na špeciálne skonštruovanom testovacom zariadení, ktorého schéma je znázornená na obr. 1. Odvinutý drôt (1) z cievky

(2) s priemerom 100 mm, bol zavedený do systému šiestich prievlakov (3), s otvormi rovnakého priemeru ako drôt, ktoré sú upevnené v spoločnom puzdre a otáčajú sa okolo osi rýchlosťou 1 350 ot/. min. Po prechode zariadením bol drôt navinutý na cievku (4) s priemerom 100 mm rotujúcu rýchlosťou 115 ot/min. Aplikované parametre rozhodujú o lineárnej rýchlosti drôtu vzhľadom na rotujúce matrice 26,8 mm/ot.

Vhodná konštrukcia systému zápustiek znamenala, že každá druhá zápustka sa otáčala excentricky (obr. 2) a každý kus drôtu prechádzajúci cez rotujúce matrice bol vystavený kontinuálnemu mnohostrannému ohýbaniu so strihom vyvolaným žehlením na okraji vnútorného povrchu zápustiek.

Obr. 2 Schematické usporiadanie rotačných lisovníc (označených číslom3 na obr. 1)

Obr. 3 Systém lisovníc: celkový pohľad; b základné časti:1 centrické matrice,2 excentrické matrice,3 dištančné krúžky

Odvinutý drôt bol vplyvom pôsobenia napätia pod vplyvom počiatočného napätia, ktoré ho nielen chráni pred zapletením, ale určuje aj vzájomnú účasť ohybovej a strihovej deformácie. To bolo možné dosiahnuť vďaka brzde namontovanej na cievke vo forme pásika z cínového bronzu lisovaného závažím (označené ako 5 a 6 na obr. 1). Obrázok 3 zobrazuje vzhľad tréningového zariadenia v zloženom stave a každý z jeho komponentov. Tréning drôtov bol vykonaný s dvoma rôznymi hmotnosťami:

4,7 a 8,5 N, až štyri prechody cez súpravu matríc. Axiálne napätie bolo 150 a 270 MPa.

Ťahová skúška drôtu (v počiatočnom stave aj natrénovaná) sa uskutočnila na testovacom stroji Zwick Roell. Dĺžka meradla vzoriek bola 100 mm a rýchlosť deformácie v ťahu bola

8×10⁻³ s⁻¹. V každom prípade jeden merací bod (pre každý

z variantov) predstavuje aspoň päť vzoriek.

TT test sa uskutočnil na špeciálnom prístroji, ktorého schéma je znázornená na obr. 4, ktorý už skôr predstavili Bochniak a kol. (2010). Stred volfrámového drôtu (1) s dĺžkou 1 m bol umiestnený do úchytky (2) a potom jeho konce po prechode vodiacimi valcami (3) a pripevnení závaží (4) po 10 N, boli zablokované v svorke (5). Rotačný pohyb západky (2) mal za následok navinutie dvoch kusov drôtu

(navinuté na seba), s pevnými koncami testovanej vzorky, sa uskutočnilo s postupným zvyšovaním ťahových napätí.

Výsledkom testu bol počet zákrutov (N_T) potrebné na pretrhnutie drôtu a zvyčajne sa vyskytli na prednej strane vytvorenej spleti, ako je znázornené na obr. 5. Uskutočnilo sa najmenej desať testov na variant. Po tréningu mal drôt mierne zvlnený tvar. Treba zdôrazniť, že podľa prác Bochniaka a Pielu (2007) [4] a Filipka (2010)

[5] TT test je jednoduchá, rýchla a lacná metóda na zistenie technologických vlastností vodičov určených na vinutie.

4 Schéma TT testu Obr.1 testovaný drôt,2 záchytka otáčaná elektromotorom, spojená so zariadením na zaznamenávanie zákrutu,3 vodiace valčeky,4závažia,5 čeľuste upínajúce konce drôtu

3. Výsledky

Vplyv počiatočného napätia a počtu prechodov v procese CDT na vlastnosti volfrámových drôtov sú znázornené na obr. 6 a 7. Veľký rozptyl získaných mechanických parametrov drôtu ilustruje mieru nehomogenity materiálu získaného práškovou technológiou, a preto sa vykonaná analýza zameriava na trendy zmien testovaných vlastností a nie na ich absolútne hodnoty.

Komerčný volfrámový drôt sa vyznačuje priemernými hodnotami medze klzu (YS) rovnými 2 026 MPa, medzou pevnosti v ťahu (UTS) 2 294 MPa, celkovým predĺžením

A≈2,6 % a N_Taž 28. Bez ohľadu na to

veľkosti aplikovaného napätia, CDT má za následok len malú

pokles UTS (nepresahujúci 3 % pre drôt po štyroch prechodoch) a YS ajA zostávajú relatívne na rovnakej úrovni (obr. 6a–c a 7a–c).

Obr. 5 Pohľad na volfrámový drôt po pretrhnutí v TT teste

Obr. 6 Vplyv mechanického tréningu (počet prejazdov n) na mechanické (a–c) a technologické (d) (definované N_Tv teste TT) vlastnosti volfrámového drôtu; hodnota priloženého závažia 4,7 N

CDT vždy vedie k výraznému zvýšeniu počtu zákrutov drôtu N_T. Najmä pri prvých dvoch prechodoch N_Tdosahuje viac ako 34 pri napätí 4,7 N a takmer 33 pri napätí 8,5 N. To predstavuje nárast o približne 20 % v porovnaní s komerčným drôtom. Použitie vyššieho počtu priechodov vedie k ďalšiemu zvýšeniu N_Tlen v prípade tréningu pod napätím 4,7 N. Drôt po štyroch prechodoch ukazuje priemernú veľkosť N_Tviac ako 37, čo v porovnaní s drôtom v počiatočnom stave predstavuje nárast o viac ako 30 %. Ďalšie trénovanie drôtu pri vyšších napätiach by už nezmenilo veľkosť predtým dosiahnutého N_Thodnoty (obr. 6d a 7d).

4. Analýza

Získané výsledky ukazujú, že metóda použitá pre volfrámový drôt CDT prakticky nemení jeho mechanické parametre stanovené v ťahových skúškach (došlo len k miernemu poklesu medznej pevnosti v ťahu), ale výrazne zvyšuje jeho

technologické vlastnosti určené na výrobu špirál; to je reprezentované počtom zákrutov v teste TT. To potvrdzuje výsledky skorších štúdií Bochniaka a Piełu (2007)

[4] o nedostatočnej konvergencii výsledkov ťahovej skúšky s pozorovaným správaním drôtov vo výrobnom procese špirál.

Reakcia volfrámových drôtov na proces CDT výrazne závisí od použitého napätia. Pri nízkej sile napätia sa pozoruje parabolický rast počtu zákrutov s počtom prejazdov, pričom aplikácia väčších hodnôt napätia vedie (už po dvoch prejazdoch) k dosiahnutiu stavu nasýtenia a stabilizácii predtým získaných technologických vlastnosti (obr. 6d a 7d).

Takáto diverzifikovaná odozva volfrámového drôtu podčiarkuje skutočnosť, že veľkosť napätia určuje kvantitatívnu zmenu napäťového aj deformačného stavu materiálu a následne jeho elasticko-plastického správania. Použitie vyššieho napätia počas procesu plastového ohýbania drôtu prechádzajúceho medzi po sebe idúcimi nesprávne vyrovnanými matricami vedie k menšiemu polomeru ohybu drôtu; preto je plastické napätie v smere kolmom na os drôtu zodpovedné za mechanizmus šmyku väčšie a vedie k lokalizovanému plastickému toku v šmykových pásoch. Na druhej strane nízke napätie spôsobuje, že proces CDT drôtu prebieha s väčšou účasťou elastického pretvorenia (to znamená, že časť plastickej deformácie je menšia), čo podporuje dominanciu homogénnej deformácie. Tieto situácie sú zreteľne odlišné od tých, ktoré sa vyskytujú pri jednoosovej skúške ťahom.

Treba tiež poznamenať, že CDT zlepšuje technologické vlastnosti len pre drôty s dostatočnou kvalitou, tj bez výraznejších vnútorných defektov (póry, dutiny, diskontinuity, mikrotrhliny, nedostatok dostatočnej kontinuity adhézie na hraniciach zŕn atď. .) vznikajúce pri výrobe drôtu práškovou metalurgiou. V opačnom prípade sa zvyšuje rozptyl získanej hodnoty zákrutov N_Tspolu s nárastom počtu priechodov naznačuje prehlbovanie diferenciácie štruktúry drôtu v jeho rôznych častiach (na dĺžku), takže môže slúžiť aj ako užitočné kritérium na hodnotenie kvality komerčného drôtu. Tieto problémy budú predmetom budúcich výskumov.

Obr. 7 Vplyv mechanického tréningu (počet prejazdov n) na mechanické (a–c) a technologické (d) (definované N_Tv teste TT) vlastnosti volfrámového drôtu; hodnota priloženého závažia 8,5 N

5. Závery

1, CDT volfrámových drôtov zlepšuje ich technologické vlastnosti, ako sú definované pri skúške krútením v ťahu N_Tpred štiepením.

2, zvýšenie N_Tindex približne o 20 % dosiahne drôt podrobený dvom sériám CDT.

3， Veľkosť napätia drôtu v procese CDT má významný vplyv na jeho technologické vlastnosti definované hodnotou N_Tindex. Jeho najvyššiu hodnotu dosiahol drôt vystavený miernemu ťahu (ťahovému napätiu).

4， Použitie vyššieho napätia a viacerých cyklov mnohostranného ohybu so strihom nie je opodstatnené, pretože vedie iba k stabilizácii predtým dosiahnutej hodnoty N_Tindex.

5， Výrazné zlepšenie technologických vlastností CDT volfrámového drôtu nie je sprevádzané zmenou mechanických parametrov stanovených v ťahovej skúške, čo potvrdzuje zaužívané presvedčenie o nízkej využiteľnosti takejto skúšky na predvídanie technologického správania drôtu.

Získané experimentálne výsledky demonštrujú vhodnosť CDT volfrámového drôtu na výrobu špirál. Predovšetkým, na základe metódy použitej na postupné predlžovanie dĺžky drôtu, cyklické, viacsmerné ohýbanie s malým namáhaním spôsobuje uvoľnenie vnútorných napätí. Z tohto dôvodu existuje obmedzenie tendencie lámania drôtu pri plastickom tvarovaní špirál. V dôsledku toho sa potvrdilo, že zníženie množstva odpadu vo výrobných podmienkach zvyšuje efektivitu výrobného procesu odstránením prestojov automatizovaného výrobného zariadenia, v ktorom po prerušení drôtu musí byť núdzové zastavenie „ručne“ aktivované. zo strany prevádzkovateľa.