1. Introduktion

Volframtrådar, med en tjocklek från flera till tiotals mikrometer, formas plastiskt till spiraler och används för glöd- och urladdningsljuskällor. Trådtillverkningen är baserad på pulverteknologin, dvs volframpulver som erhålls genom en kemisk process utsätts successivt för pressning, sintring och plastformning (roterande smidning och dragning). Observera att trådlindningsprocessen måste resultera i goda plastegenskaper och "inte för hög" elasticitet. Å andra sidan, på grund av användningsförhållandena för spiraler, och framför allt det erforderliga höga krypmotståndet, är omkristalliserade trådar inte lämpliga för produktion, särskilt om de har en grovkornig struktur.

Att modifiera de mekaniska och plastiska egenskaperna hos metalliska material, i synnerhet att reducera den starka arbetshärdningen utan en glödgningsbehandling är möjligt med hjälp av mekanisk träning. Denna process består av att utsätta metallen för upprepad, alternerande och lågplastisk deformation. Effekterna av cyklisk kontraflexur på mekaniska egenskaper hos metaller dokumenteras bland annat i Bochniak och Mosors [1] papper, häri med CuSn 6,5 % tennbronsremsor. Det visades att mekanisk träning leder till en arbetsuppmjukning.
Tyvärr är de mekaniska parametrarna för volframtrådar som bestäms i enkla enaxliga dragtester långt otillräckliga för att förutsäga deras beteende i tillverkningsprocessen av spiraler. Dessa trådar, trots liknande mekaniska egenskaper, kännetecknas ofta av avsevärt olika känslighet för lindning. Därför, vid bedömning av de tekniska egenskaperna hos volframtråd, anses resultaten av följande tester vara mer tillförlitliga: kärntrådslindning, enkelriktad torsion, kniveggskompression, böj-och-sträckning eller reversibel bandning [2] . Nyligen föreslogs ett nytt tekniskt test [3], där tråden utsätts för samtidig vridning med spänning (TT-test), och spänningstillståndet – enligt författarnas uppfattning – ligger nära det som uppstår i produktionsprocessen av filamenten. Dessutom har resultaten av TT-tester utförda på tungstenstrådar med olika diametrar visat sin förmåga att förutse deras senare beteende under tekniska processer [4, 5].

Syftet med arbetet som presenteras här är att svara på frågan om, och om, i vilken utsträckning användningen av cyklisk deformationsbehandling (CDT) på volframtråd genom kontinuerlig multilateral bockning med skjuvningsmetod [6], kan modifiera dess mekaniska och tekniska viktiga egenskaper.

Allmänt sett kan den cykliska deformationen av metaller (t.ex. genom spänning och kompression eller bilateral böjning) åtföljas av två olika strukturella processer. Den första är karakteristisk för deformationen med små amplituder och

involverar så kallade utmattningsfenomen, vilket resulterar i att den starkt arbetshärdade metallen förvandlas till en töjningsmjuknad innan dess förstörelse sker [7].

Den andra processen, dominerande under deformation med höga töjningsamplituder, ger stark heterogenisering av plastiska flödesgenererande skjuvband. Följaktligen sker en drastisk fragmentering av metallstrukturen, i synnerhet bildandet av korn i nanostorlek, vilket innebär en betydande ökning av dess mekaniska egenskaper på bekostnad av bearbetbarheten. En sådan effekt erhålls i t.ex. en kontinuerlig repetitiv korrugering och uträtningsmetod utvecklad av Huang et al. [8], som består av flera, alternerande, passerande (rullning) av remsor mellan de "växlade" och släta rullarna, eller på ett mer sofistikerat sätt, vilket är en metod för kontinuerlig bockning under spänning [9], där den sträckta remsan är kontraflexerad på grund av en reversibel rörelse längs dess längd av uppsättningen roterande rullar. Naturligtvis kan den omfattande fragmenteringen av korn även erhållas under monoton deformation med stor påkänning, med hjälp av de så kallade Severe Plastic Deformation-metoderna, i synnerhet metoder för Equal Channel Angular Extrusion [10] som oftast uppfyller villkoren för enkla sax av metall. Tyvärr används de främst i laboratorieskala och det är tekniskt inte möjligt

att använda dem för att erhålla specifika mekaniska egenskaper hos långa remsor eller trådar.

Vissa försök har också gjorts för att bedöma inverkan av cykliskt föränderliga skjuvning applicerad med små enhetsdeformationer på förmågan att aktivera utmattningsfenomenen. Resultaten av experimentella studier utförda [11] på remsor av koppar och kobolt genom kontraflexur med skjuvning bekräftade ovanstående tes. Även om metoden för kontraflexur med skjuvning är ganska lätt att applicera på platta metalldelar, är den mer direkta applikationen för trådar inte meningsfull, eftersom den per definition inte garanterar att man erhåller homogen struktur och därmed identiska egenskaper på omkretsen (med godtyckligt orienterad radie) av tråden. Av denna anledning använder denna uppsats en nybildad och original metod för CDT designad för tunna trådar, baserad på kontinuerlig multilateral böjning med skjuvning.

Fig. 1 Schema för processen för mekanisk träning av trådar:1 volfram tråd,2 spole med tråd för att rulla upp,3 system med sex roterande matriser,4 lindningsspole,5 bryta vikt, och6 broms (stålcylinder med ett band av tennbrons runt det)

2. Experimentera

CDT av volframtråd med en diameter på 200 μm utfördes på en speciellt konstruerad testanordning vars schema visas i fig. 1. Upprullad tråd (1) från spolen

(2) med en diameter på 100 mm, infördes i ett system med sex stansar (3), med hål med samma diameter som tråden, som är fixerade i ett gemensamt hus och roterar runt axeln med en hastighet av 1 350 varv/ min. Efter att ha passerat genom anordningen rullades tråden upp på spolen (4) med en diameter av 100 mm roterande med en hastighet av 115 varv/min. Tillämpade parametrar avgör trådens linjära hastighet i förhållande till de roterande formarna är 26,8 mm/varv.

Lämplig utformning av matrissystemet innebar att varannan form roterade excentriskt (fig. 2), och varje bit tråd som passerade genom de roterande formarna utsattes för kontinuerlig multilateral böjning med skjuvning inducerad genom strykning vid kanten av insidan av formarna.

Fig. 2 Schematisk layout av de roterande formarna (märkta med nummer3 i fig. 1)

Fig. 3 System av matriser: en allmän vy; b grundläggande delar:1 centriska matriser,2 excentriska dör,3 distansringar

Upprullad tråd var under påverkan av initial stress på grund av applicering av spänning, vilket inte bara skyddar den från intrassling, utan också bestämmer ömsesidigt deltagande av böjnings- och skjuvningsdeformation. Detta var möjligt att uppnå tack vare bromsen monterad på spolen i form av en tennbronsremsa pressad av en vikt (betecknad som 5 och 6 i fig. 1). Figur 3 visar utseendet på enhetens träning när den är hopfälld, och var och en av dess komponenter. Träning av trådar utfördes med två olika vikter:

4,7 och 8,5 N, upp till fyra passager genom uppsättningen matriser. Axiella spänningar uppgick till 150 respektive 270 MPa.

Dragtest av tråd (både i initialtillstånd och tränad) utfördes på Zwick Roells testmaskin. Provets mätlängd var 100 mm och dragtöjningshastigheten var

8×10⁻³ s⁻¹. I varje fall, en mätpunkt (för varje

av varianterna) representerar minst fem prover.

TT-testet utfördes på en speciell apparat vars schema visas i fig. 4 tidigare presenterat av Bochniak et al. (2010). Mitten av volframtråden (1) med en längd av 1 m placerades i en spärr (2), och sedan dess ändar, efter att ha passerat genom styrrullarna (3), och fäst vikter (4) på ​​10 N vardera, blockerades i en klämma (5). Den roterande rörelsen av spärren (2) resulterade i lindningen av två stycken tråd

(upprullade på sig själva), med fasta ändar av det testade provet, utfördes med en gradvis ökning av dragspänningarna.

Testresultatet var antalet vridningar (N_T) behövde för att bryta tråden och inträffade vanligtvis på framsidan av den bildade härvan, som visas i Fig. 5. Minst tio tester per variant utfördes. Efter träningen hade tråden en lätt vågig form. Det bör betonas att enligt uppsatser av Bochniak och Pieła (2007) [4] och Filipek (2010)

[5] TT-testet är en enkel, snabb och billig metod för att bestämma de tekniska egenskaperna hos ledningar avsedda för lindning.

Fig. 4 Schema för TT-testet:1 testad tråd,2 spärr som roteras av en elektrisk motor, kopplad till vridregistreringsanordningen,3 styrrullar,4vikter,5 käftar som klämmer fast trådens ändar

3. Resultat

Effekten av initial spänning och antalet passager i CDT-processen på egenskaperna hos volframtrådar visas i Fig. 6 och 7. En stor spridning av erhållna mekaniska parametrar för tråd illustrerar omfattningen av inhomogenitet hos materialet som erhålls med pulverteknologi, och därför fokuserar analysen som utförs på trenderna för förändringar av testade egenskaper och inte på deras absoluta värden.

Kommersiell volframtråd kännetecknas av medelvärden för sträckgräns (YS) lika med 2 026 MPa, slutlig draghållfasthet (UTS) på 2 294 MPa, total töjning av

A≈2,6 % och N_Tså mycket som 28. Oavsett

storleken på den applicerade spänningen, ger CDT endast en liten

minskning av UTS (inte överstigande 3 % för tråden efter fyra pass), och både YS ochA förbli relativt på samma nivå (fig. 6a–c och 7a–c).

Fig. 5 Vy av volframtråden efter brott i TT-testet

Fig. 6 Effekt av mekanisk träning (antal pass n) på mekanisk (a–c) och teknisk (d) (definierad av N_Ti TT-testet) egenskaper hos volframtråd; bifogat viktvärde på 4,7 N

CDT leder alltid till en betydande ökning av antalet trådvridningar N_T. I synnerhet för de två första passen, N_Tnår mer än 34 för en spänning på 4,7 N och nästan 33 för en spänning på 8,5 N. Detta representerar en ökning med cirka 20 % i förhållande till den kommersiella tråden. Att tillämpa ett högre antal pass leder till en ytterligare ökning av N_Tendast vid träning under spänning på 4,7 N. Tråden efter fyra pass visar medelstorleken på N_Töver 37, vilket, jämfört med tråden i initialt tillstånd, representerar en ökning med över 30 %. Ytterligare träning av tråden vid högre spänningar skulle inte längre ändra storleken på tidigare uppnådd N_Tvärden (fig. 6d och 7d).

4. Analys

De erhållna resultaten visar att metoden som används för volframtråd CDT praktiskt taget inte ändrar dess mekaniska parametrar bestämda i dragprov (det var endast en liten minskning av den slutliga draghållfastheten), utan ökade signifikant dess

tekniska egenskaper avsedda för en spiralproduktion; detta representeras av antalet vridningar i TT-testet. Detta bekräftar resultaten från tidigare studier av Bochniak och Pieła (2007)

[4] om bristen på konvergens av dragtestresultaten med det observerade beteendet hos trådar i tillverkningsprocessen av spiraler.

Reaktionen av volframtrådar på CDT-processen beror avsevärt på den applicerade spänningen. Vid lågspänningskraft observerar man en parabolisk tillväxt i antalet vridningar med antalet pass, medan applicering av större värden på spänning leder (redan efter två pass) till att uppnå mättnadstillståndet och stabiliseringen av tidigare erhållna tekniska egenskaper (fig. 6d och 7d).

En sådan diversifierad respons av volframtråden understryker det faktum att spänningens storlek bestämmer den kvantitativa förändringen av både spänningstillståndet och deformationstillståndet hos materialet och följaktligen dess elastiskt-plastiska beteende. Användning av högre spänning under plastböjningsprocessen i tråd som passerar mellan på varandra följande felinriktade stansar resulterar i en mindre trådböjningsradie; därför är den plastiska töjningen i en riktning vinkelrät mot trådens axel som är ansvarig för skjuvmekanismen större och leder till ett lokalt plastflöde i skjuvbanden. Å andra sidan gör låg spänning att CDT-processen av tråd sker med större deltagande av elastisk töjning (det vill säga den plastiska töjningsdelen är mindre), vilket gynnar dominansen av homogen deformation. Dessa situationer skiljer sig klart från det som inträffar under det enaxliga dragprovet.

Det bör också noteras att CDT förbättrar de tekniska egenskaperna endast för trådar med tillräcklig kvalitet, dvs utan betydande inre defekter (porer, hålrum, diskontinuiteter, mikrosprickor, brist på tillräcklig kontinuitetsvidhäftning vid korngränser, etc. .) härrörande från framställning av tråd genom pulvermetallurgi. Annars kommer den ökande spridningen av det erhållna värdet av vridningarna N_Ttillsammans med en ökning av antalet passeringar indikerar en djupare differentiering av trådstrukturen i dess olika delar (i längden) och kan därför också tjäna som ett användbart kriterium för att bedöma kvaliteten på en kommersiell tråd. Dessa problem kommer att bli föremål för framtida utredningar.

Fig. 7 Effekt av mekanisk träning (antal pass n) på mekanisk (a–c) och teknisk (d) (definierad av N_Ti TT-testet) egenskaper hos volframtråd; bifogat viktvärde på 8,5 N

5. Slutsatser

1, CDT av volframtrådar förbättrar deras tekniska egenskaper, enligt definitionen i vridning med spänningstestet av N_Tföre frakturering.

2， Ökningen av N_Tindex med cirka 20 % nås av en tråd som utsätts för två serier av CDT.

3， Storleken på trådspänningen i processen för CDT har en betydande inverkan på dess tekniska egenskaper definierade av värdet på N_Tindex. Dess högsta värde nåddes av en tråd utsatt för lätt spänning (dragspänning).

4， Att använda både högre spänning och fler cykler av multilateral böjning med skjuvning är inte motiverat eftersom det bara resulterar i att stabilisera det tidigare uppnådda värdet på N_Tindex.

5， Den betydande förbättringen av de tekniska egenskaperna hos CDT-volframtråden åtföljs inte av en förändring av mekaniska parametrar som bestäms i dragprov, vilket bekräftar den hållna tron ​​på den låga användbarheten av ett sådant test för att förutse trådens tekniska beteende.

Erhållna experimentella resultat visar lämpligheten CDT av volframtråd för tillverkning av spiraler. Särskilt, baserat på metoden som används för att successivt föra fram trådlängden, orsakar cyklisk, flerriktad böjning med liten töjning avslappning av de inre spänningarna. Av denna anledning finns det en begränsning av tendensen att tråden går sönder under plastformningen av spiraler. Som ett resultat bekräftades det att en minskning av mängden avfall under tillverkningsförhållanden ökar effektiviteten i produktionsprocessen genom att eliminera driftstopp, automatiserad produktionsutrustning där ett nödstopp måste aktiveras "manuellt" efter att ha brutit tråden. av operatören.