1. Uvod

Volframove žice, debeline od nekaj do deset mikrometrov, plastično oblikujemo v spirale in uporabljamo za žarilne in razelektritvene svetlobne vire. Izdelava žice temelji na praškasti tehnologiji, to pomeni, da volframov prah, pridobljen s kemičnim postopkom, zaporedno podvržemo stiskanju, sintranju in plastičnemu oblikovanju (rotacijsko kovanje in vlečenje). Upoštevajte, da mora postopek navijanja žice zagotoviti dobre plastične lastnosti in "ne previsoko" elastičnost. Po drugi strani pa zaradi pogojev izkoriščanja spiral, predvsem pa zahtevane visoke odpornosti proti lezenju, prekristalizirane žice niso primerne za izdelavo, še posebej če imajo grobozrnato strukturo.

Spreminjanje mehanskih in plastičnih lastnosti kovinskih materialov, zlasti zmanjšanje močnega obdelovalnega utrjevanja brez obdelave z žarjenjem, je možno z uporabo mehanskega usposabljanja. Ta postopek je sestavljen iz izpostavljanja kovine ponavljajočim se, izmeničnim in nizkoplastičnim deformacijam. Učinki ciklične kontrafleksure na mehanske lastnosti kovin so med drugim dokumentirani v članku Bochniaka in Mosorja [1], pri čemer so tu uporabljeni trakovi iz kositrnega brona CuSn 6,5 %. Pokazalo se je, da mehanski trening vodi do mehčanja dela.
Na žalost so mehanski parametri volframovih žic, določeni v preprostih enoosnih nateznih preskusih, daleč nezadostni za napovedovanje njihovega obnašanja v proizvodnem procesu spiral. Za te žice je kljub podobnim mehanskim lastnostim pogosto značilna bistveno drugačna občutljivost na navijanje. Zato se pri ocenjevanju tehnoloških značilnosti volframove žice šteje, da so bolj zanesljivi rezultati naslednjih preskusov: navijanje jedrne žice, enosmerna torzija, stiskanje roba noža, upogibanje in raztezanje ali reverzibilno povezovanje [2] . Nedavno je bil predlagan nov tehnološki test [3], pri katerem je žica istočasno izpostavljena torziji in napetosti (TT test), napetostno stanje pa je po mnenju avtorjev blizu tistemu, ki se pojavi v proizvodnem procesu. filamentov. Poleg tega so rezultati TT testov, izvedenih na volframovih žicah različnih premerov, pokazali sposobnost predvidevanja njihovega kasnejšega obnašanja med tehnološkimi procesi [4, 5].

Namen predstavljenega dela je odgovoriti na vprašanje, ali in če, v kolikšni meri lahko uporaba ciklične deformacijske obdelave (CDT) na volframovi žici z neprekinjenim večstranskim upogibanjem s strižno metodo [6] spremeni njeno mehansko in tehnološko pomembne lastnosti.

Na splošno lahko ciklično deformacijo kovin (npr. z napetostjo in stiskanjem ali dvostranskim upogibanjem) spremljata dva različna strukturna procesa. Prvi je značilen za deformacije z majhnimi amplitudami in

vključuje tako imenovane pojave utrujenosti, pri katerih se močno utrjena kovina spremeni v deformacijsko zmehčano, preden pride do njenega uničenja [7].

Drugi proces, ki prevladuje med deformacijo z velikimi amplitudami deformacij, povzroči močno heterogenizacijo strižnih trakov, ki ustvarjajo plastični tok. Posledično pride do drastične fragmentacije kovinske strukture, predvsem do tvorbe nanovelikih zrn, s čimer se občutno povečajo njene mehanske lastnosti na račun obdelovalnosti. Takšen učinek je dosežen z npr. neprekinjeno ponavljajočo se metodo valovanja in ravnanja, ki so jo razvili Huang et al. [8], ki je sestavljen iz večkratnega, izmeničnega, prehajanja (valjanja) trakov med »zobatimi« in gladkimi valji, ali na bolj sofisticiran način, ki je metoda neprekinjenega upogibanja pod napetostjo [9], kjer je raztegnjen trak je kontrafleksiran zaradi reverzibilnega gibanja sklopa vrtečih se valjev vzdolž njegove dolžine. Ekstenzivno razdrobljenost zrn lahko seveda dosežemo tudi pri monotoni deformaciji z velikimi deformacijami z uporabo tako imenovanih metod hude plastične deformacije, zlasti metod enakokanalnega kotnega iztiskanja [10], ki najpogosteje izpolnjujejo pogoje za preprosto striženje kovine. Na žalost se uporabljajo predvsem v laboratorijskem merilu in to tehnično ni mogoče

da jih uporabimo za pridobitev specifičnih mehanskih lastnosti dolgih trakov ali žic.

Opravljenih je bilo tudi nekaj poskusov za oceno vpliva ciklično spreminjajočega se striga, uporabljenega z majhnimi enotnimi deformacijami, na sposobnost aktiviranja pojava utrujenosti. Rezultati eksperimentalnih študij, izvedenih [11] na trakovih iz bakra in kobalta s kontrafleksuro s striženjem, so potrdili zgornjo tezo. Čeprav je metodo kontrafleksure s striženjem dokaj enostavno nanesti na ploščate kovinske dele, bolj neposredna uporaba za žice ni smiselna, saj po definiciji ne zagotavlja pridobitve homogene strukture in s tem enakih lastnosti na obseg (s poljubno usmerjenim polmerom) žice. Iz tega razloga ta dokument uporablja novo oblikovano in izvirno metodo CDT, zasnovano za tanke žice, ki temelji na neprekinjenem večstranskem upogibanju s striženjem.

Sl. 1 Shema procesa mehanskega treninga žic:1 volframova žica,2 tuljava z žico za odvijanje,3 sistem šestih vrtljivih matric,4 navijalna tuljava,5 zlomiti težo in6 zavora (jekleni valj s trakom iz kositrnega brona okoli njega)

2. Eksperimentirajte

CDT volframove žice s premerom 200 μm smo izvedli na posebej izdelani testni napravi, katere shema je prikazana na sliki 1. Nenavita žica (1) iz tuljave

(2) s premerom 100 mm, je bil vstavljen v sistem šestih matric (3), z luknjami enakega premera kot žica, ki so pritrjene v skupnem ohišju in se vrtijo okoli osi s hitrostjo 1.350 vrt. min. Po prehodu skozi napravo smo žico navili na tuljavo (4) s premerom 100 mm, ki se vrti s hitrostjo 115 vrt/min. Uporabljeni parametri določajo, da je linearna hitrost žice glede na vrtljive matrice 26,8 mm/vrt.

Ustrezna zasnova sistema matric je pomenila, da se je vsaka druga matrica vrtela ekscentrično (slika 2), vsak kos žice, ki je šel skozi vrteče se matrice, pa je bil podvržen neprekinjenemu večstranskemu upogibanju s striženjem, induciranim z likanjem na robu notranje površine matric.

Slika 2 Shematska postavitev vrtljivih matric (označenih s številko3 na sliki 1)

Sl. 3 Sistem matric: splošni pogled; b osnovni deli:1 centrične matrice,2 ekscentrične matrice,3 distančni obroči

Nenavita žica je bila pod vplivom začetne napetosti zaradi uporabe napetosti, ki jo ne ščiti le pred zapletom, temveč določa tudi medsebojno udeležbo upogibne in strižne deformacije. To je bilo mogoče doseči zahvaljujoč zavori, ki je bila nameščena na tuljavo v obliki kositrno bronastega traku, pritisnjenega z utežjo (označeno kot 5 in 6 na sliki 1). Slika 3 prikazuje videz vadbene naprave v zloženem stanju in posamezne njene komponente. Trening žic je bil izveden z dvema različnima utežma:

4,7 in 8,5 N, do štiri prehode skozi komplet matric. Aksialna napetost je znašala 150 oziroma 270 MPa.

Natezni preizkus žice (tako v začetnem stanju kot trenirane) smo izvedli na preizkuševalnem stroju Zwick Roell. Merilna dolžina vzorcev je bila 100 mm, natezna hitrost pa 100 mm

8×10⁻³ s⁻¹. V vsakem primeru ena merilna točka (za vsako

variant) predstavlja najmanj pet vzorcev.

TT test je bil izveden na posebni napravi, katere shema je prikazana na sliki 4, ki so jo prej predstavili Bochniak et al. (2010). Središče volframove žice (1) dolžine 1 m je bilo nameščeno v zaponko (2), nato pa so njeni konci po prehodu skozi vodilne kolute (3) in pritrditvi uteži (4) po 10 N, so bile blokirane v objemki (5). Vrtilno gibanje zaponke (2) je povzročilo navijanje dveh kosov žice

(naviti nase), s fiksnimi konci preskušanega vzorca, je potekalo s postopnim naraščanjem nateznih napetosti.

Rezultat testa je bilo število zavojev (N_T), potrebnih za pretrganje žice in se običajno pojavijo na sprednji strani nastalega zapleta, kot je prikazano na sliki 5. Izvedenih je bilo vsaj deset preskusov na različico. Po treningu je imela žica rahlo valovito obliko. Poudariti je treba, da glede na prispevke Bochniaka in Piełe (2007) [4] ter Filipeka (2010)

[5] TT test je preprosta, hitra in poceni metoda za ugotavljanje tehnoloških lastnosti žic, namenjenih za navijanje.

Slika 4 Shema TT testa:1 testirana žica,2 ulov, ki ga vrti električni motor, povezan z napravo za snemanje zasuka,3 vodilni zvitki,4uteži,5 čeljusti, ki vpenjajo konce žice

3. Rezultati

Vpliv začetne napetosti in števila prehodov v procesu CDT na lastnosti volframovih žic je prikazan na sl. 6 in 7. Velik razpršitev dobljenih mehanskih parametrov žice ponazarja obseg nehomogenosti materiala, pridobljenega s praškovno tehnologijo, zato se izvedena analiza osredotoča na trende spreminjanja testiranih lastnosti in ne na njihove absolutne vrednosti.

Za komercialno volframovo žico so značilne povprečne vrednosti napetosti tečenja (YS) enake 2026 MPa, skrajna natezna trdnost (UTS) 2294 MPa, skupni raztezek

A≈2,6 % in N_Tkar 28. Ne glede na

velikosti uporabljene napetosti povzroči CDT le majhen

zmanjšanje UTS (ne presega 3 % za žico po štirih prehodih) in oba YS inA ostanejo relativno na isti ravni (sliki 6a–c in 7a–c).

Slika 5 Pogled na volframovo žico po zlomu pri TT testu

Slika 6 Učinek mehanskega treninga (število prehodov n) na mehanske (a–c) in tehnološke (d) (opredeljuje N_Tpri preskusu TT) lastnosti volframove žice; vrednost pritrjene teže 4,7 N

CDT vedno povzroči znatno povečanje števila zavojev žice N_T. Zlasti pri prvih dveh prehodih je N_Tdoseže več kot 34 za napetost 4,7 N in skoraj 33 za napetost 8,5 N. To predstavlja povečanje za približno 20 % glede na komercialno žico. Uporaba večjega števila prehodov vodi do nadaljnjega povečanja N_Tle v primeru treninga pod napetostjo 4,7 N. Žica po štirih prehodih pokaže povprečno velikost N_Tpresega 37, kar v primerjavi z žico v začetnem stanju predstavlja več kot 30 % povečanje. Nadaljnje treniranje žice pri večjih napetostih ne bi več spremenilo velikosti predhodno doseženega N_Tvrednosti (sliki 6d in 7d).

4. Analiza

Dobljeni rezultati kažejo, da metoda, uporabljena za CDT volframove žice, praktično ne spremeni njenih mehanskih parametrov, določenih pri nateznih preskusih (prišlo je le do rahlega zmanjšanja mejne natezne trdnosti), vendar je bistveno povečala njeno

tehnološke lastnosti, namenjene izdelavi spiral; to je predstavljeno s številom zavojev v testu TT. To potrjuje rezultate prejšnjih študij Bochniaka in Piełe (2007).

[4] o pomanjkanju konvergence rezultatov nateznega preskusa z opazovanim obnašanjem žic v proizvodnem procesu spiral.

Reakcija volframovih žic na proces CDT je ​​bistveno odvisna od uporabljene napetosti. Pri sili nizke napetosti opazimo parabolično rast števila zavojev s številom prehodov, medtem ko uporaba večjih vrednosti napetosti vodi (že po dveh prehodih) do doseganja stanja nasičenosti in stabilizacije predhodno pridobljenih tehnoloških lastnosti (sliki 6d in 7d).

Tako raznolik odziv volframove žice poudarja dejstvo, da velikost napetosti določa kvantitativno spremembo tako napetostnega stanja kot deformacijskega stanja materiala in posledično njegovega elastično-plastičnega obnašanja. Uporaba večje napetosti med postopkom plastičnega upogibanja v žici, ki poteka med zaporednimi neporavnanimi matricami, povzroči manjši radij upogibanja žice; zato je plastična deformacija v smeri, pravokotni na os žice, ki je odgovorna za strižni mehanizem, večja in vodi do lokaliziranega plastičnega toka v strižnih pasovih. Po drugi strani pa nizka napetost povzroči, da CDT proces žice poteka z večjo udeležbo elastičnih deformacij (to pomeni, da je del plastične deformacije manjši), kar daje prednost prevladi homogene deformacije. Te situacije se izrazito razlikujejo od tistih, ki se pojavljajo med enoosnim nateznim preskusom.

Prav tako je treba opozoriti, da CDT izboljša tehnološke lastnosti samo za žice z zadostno kakovostjo, to je brez večjih notranjih napak (pore, praznine, prekinitve, mikrorazpoke, pomanjkanje zadostne kontinuitete adhezije na mejah zrn itd.). .), ki nastanejo pri proizvodnji žice s prašno metalurgijo. V nasprotnem primeru naraščajoč razpršitev dobljene vrednosti zasukov N_Tskupaj s povečanjem števila prehodov kaže na poglabljanje diferenciacije strukture žice v njenih različnih delih (po dolžini), zato lahko služi tudi kot koristen kriterij za ocenjevanje kakovosti komercialne žice. Te težave bodo predmet prihodnjih preiskav.

Slika 7 Učinek mehanskega treninga (število prehodov n) na mehanske (a–c) in tehnološke (d) (opredeljuje N_Tpri preskusu TT) lastnosti volframove žice; vrednost priložene teže 8,5 N

5. Sklepi

1， CDT volframovih žic izboljšuje njihove tehnološke lastnosti, kot je definiral N v torzijskem preskusu z napetostjo_Tpred zlomom.

2, Povečanje N_Tindeks za približno 20 % doseže žica, izpostavljena dvema serijama CDT.

3， Velikost napetosti žice v procesu CDT ima pomemben vpliv na njegove tehnološke lastnosti, ki jih določa vrednost N_Tkazalo. Najvišjo vrednost je dosegla žica, izpostavljena rahlemu nategu (natezna napetost).

4， Uporaba višje napetosti in več ciklov večstranskega upogibanja s striženjem ni upravičena, ker ima za posledico samo stabilizacijo predhodno dosežene vrednosti N_Tkazalo.

5. Znatnega izboljšanja tehnoloških lastnosti volframove žice CDT ne spremlja sprememba mehanskih parametrov, določenih pri nateznem preskusu, kar potrjuje prepričanje o nizki uporabnosti takega preskusa za predvidevanje tehnološkega obnašanja žice.

Dobljeni eksperimentalni rezultati dokazujejo primernost CDT volframove žice za izdelavo spiral. Zlasti na podlagi metode, ki se uporablja za zaporedno napredovanje dolžine žice, ciklično, večsmerno upogibanje z majhno obremenitvijo povzroči sprostitev notranjih napetosti. Iz tega razloga obstaja omejitev glede težnje po zlomu žice med plastičnim oblikovanjem spiral. Posledično je bilo potrjeno, da zmanjšanje količine odpadkov v proizvodnih pogojih poveča učinkovitost proizvodnega procesa z odpravo izpadov avtomatizirane proizvodne opreme, v kateri je treba po pretrganju žice "ročno" aktivirati zaustavitev v sili. s strani operaterja.