1. Вступ

Вольфрамові дроти товщиною від декількох до десятків мікрометрів пластично формують у спіралі і використовують для ламп розжарювання та розрядних джерел світла. Виробництво дроту базується на порошковій технології, тобто вольфрамовий порошок, отриманий хімічним процесом, піддається послідовно пресуванню, спіканню та пластичному формуванню (ротаційне кування та волочіння). Зауважте, що процес намотування дроту повинен забезпечити хороші пластичні властивості та «не надто високу» еластичність. З іншого боку, через умови експлуатації спіралей, і перш за все, необхідний високий опір повзучості, перекристалізовані дроти непридатні для виробництва, особливо якщо вони мають крупнозернисту структуру.

Зміна механічних і пластичних властивостей металевих матеріалів, зокрема зниження міцного наклепування без обробки відпалом, можлива за допомогою механічної підготовки. Цей процес полягає в підданні металу багаторазовій, поперемінній і малопластичній деформації. Вплив циклічної контрафлексури на механічні властивості металів задокументовано, серед іншого, у статті Бохняка та Мосора [1], в якій використовуються смуги олов’яної бронзи CuSn 6,5 %. Показано, що механічне тренування призводить до пом'якшення роботи.
На жаль, механічні параметри вольфрамових дротів, визначені в простих випробуваннях на одноосьовий розтяг, недостатні для прогнозування їх поведінки в процесі виробництва спіралей. Ці дроти, незважаючи на подібні механічні властивості, часто характеризуються істотно різною схильністю до намотування. Тому при оцінці технологічних характеристик вольфрамового дроту більш достовірними вважаються результати таких випробувань: намотування сердечника, однонаправлене кручення, ножове стиснення, вигин і розтягування або реверсивне бандажування [2] . Нещодавно було запропоновано новий технологічний тест [3], при якому дріт піддається одночасному крученню з розтягуванням (ТТ-тест), а напружений стан, на думку авторів, близький до того, який має місце в процесі виробництва. ниток. Крім того, результати випробувань ТТ, проведених на вольфрамових дротах різного діаметру, показали його здатність передбачати їх подальшу поведінку під час технологічних процесів [4, 5].

Мета роботи, представленої в цьому документі, полягає в тому, щоб відповісти на питання про те, чи може, і якщо, в якій мірі використання циклічної деформаційної обробки (CDT) на вольфрамовому дроті методом безперервного багатостороннього згинання методом зсуву [6], змінити його механічні та технологічні властивості. важливі властивості.

Взагалі кажучи, циклічна деформація металів (наприклад, шляхом розтягування і стиснення або двостороннього вигину) може супроводжуватися двома різними структурними процесами. Перший характерний для деформації з малими амплітудами і

включає так звані явища втоми, в результаті чого сильно зміцнений метал перетворюється на деформаційно розм’якшений до його руйнування [7].

Другий процес, домінуючий під час деформації з високими амплітудами деформації, викликає сильну гетерогенізацію смуг зсуву, що генерує пластичне течія. Внаслідок цього відбувається різке подрібнення структури металу, зокрема утворення нанорозмірних зерен, а отже, значне підвищення його механічних властивостей за рахунок оброблюваності. Такий ефект досягається, наприклад, методом безперервного повторюваного гофрування та випрямлення, розробленим Huang et al. [8], який полягає в багаторазовому почерговому проходженні (прокатуванні) смуг між «зубчастими» та гладкими валками, або більш складним способом, який є методом безперервного згинання під напругою [9], де розтягнута смуга згинається внаслідок реверсивного руху вздовж набору обертових валків. Звісно, ​​велику фрагментацію зерен можна отримати і при монотонній деформації з великою деформацією за допомогою так званих методів сильної пластичної деформації, зокрема методів рівноканальної кутової екструзії [10], які найчастіше задовольняють умови простого зріз металу. На жаль, вони в основному використовуються в лабораторних масштабах, і це технічно неможливо

використовувати їх для отримання специфічних механічних властивостей довгих смуг або дроту.

Також було зроблено деякі спроби оцінити вплив циклічно змінюваного зсуву, застосованого з невеликими одиничними деформаціями, на здатність активувати явище втоми. Результати експериментальних досліджень, проведених [11] на смугах міді та кобальту методом контрафлексури зі зрізом, підтвердили викладену вище тезу. Хоча метод контрафлексуру зі зрізом досить легко застосовувати до плоских металевих деталей, більш пряме застосування для дротів не має сенсу, оскільки, за визначенням, воно не гарантує отримання однорідної структури, а отже, ідентичних властивостей на довжина кола (з довільно орієнтованим радіусом) дроту. З цієї причини в цьому документі використовується нещодавно сформований та оригінальний метод CDT, призначений для тонких дротів, заснований на безперервному багатосторонньому згинанні зі зрізом.

Рис. 1 Схема процесу механічного тренування проводів:1 вольфрамовий дріт,2 котушка з дротом для розмотування,3 система з шести обертових штампів,4 намотувальна котушка,5 розбити вагу, і6 гальмо (сталевий циліндр зі смугою з олов’яної бронзи навколо нього)

2. Експеримент

КДТ вольфрамового дроту діаметром 200 мкм проводили на спеціально сконструйованому випробувальному пристрої, схема якого наведена на рис. 1. Розмотуваний дріт (1) з котушки

(2) діаметром 100 мм вводили в систему з шести штампів (3) з отворами такого ж діаметру, як і дріт, які закріплені в загальному корпусі та обертаються навколо осі зі швидкістю 1350 об. хв. Після проходження через пристрій дріт намотували на котушку (4) діаметром 100 мм, що оберталася зі швидкістю 115 об/хв. Застосовувані параметри визначають, що лінійна швидкість дроту відносно обертових штампів становить 26,8 мм/об.

Відповідна конструкція системи матриць означала, що кожна друга матриця оберталася ексцентрично (рис. 2), і кожен шматок дроту, що проходив через обертові матриці, піддавався безперервному багатосторонньому згину зі зсувом, викликаним прасуванням на краю внутрішньої поверхні матриць.

Рис. 2 Схематичне розташування обертових штампів (позначених номером3 на рис. 1)

Рис. 3 Система плашок: загальний вигляд; b основні частини:1 центричні плашки,2 ексцентричні плашки,3 розпірні кільця

Розмотаний дріт перебував під дією початкової напруги внаслідок застосування натягу, що не тільки захищає його від заплутування, але й визначає взаємну участь деформації згину та зсуву. Цього вдалося досягти завдяки гальму, встановленому на котушці у вигляді смужки олов’яної бронзи, притиснутої вагою (позначено як 5 і 6 на рис. 1). На фіг.3 показаний зовнішній вигляд навчального пристрою в складеному стані і кожного з його компонентів. Тренування проводів проводилося з двома різними вагами:

4,7 і 8,5 Н, до чотирьох проходів через набір матриць. Осьові напруги становили відповідно 150 і 270 МПа.

Випробування на розтяг дроту (як у вихідному стані, так і натренованого) проводили на випробувальній машині Zwick Roell. Довжина зразків становила 100 мм, а швидкість деформації розтягу становила

8×10⁻³ s⁻¹. У кожному випадку одна точка вимірювання (для кожного

варіантів) представляє принаймні п'ять зразків.

ТТ-тест проводили на спеціальному апараті, схему якого наведено на рис. 4, представленому раніше Bochniak et al. (2010). Центр вольфрамового дроту (1) довжиною 1 м поміщали в фіксатор (2), а потім його кінці, пропустивши через направляючі ролики (3) і прикріпивши тягарці (4) по 10 Н кожен, були заблоковані в затиску (5). Обертальний рух фіксатора (2) призводив до змотування двох шматків дроту

(намотаних на себе), із закріпленими кінцями досліджуваного зразка, проводили з поступовим збільшенням напружень розтягу.

Результатом тесту була кількість скручувань (N_T), необхідний для розриву дроту і зазвичай відбувався на передній частині утвореного клубка, як показано на рис. 5. Було проведено щонайменше десять тестів на варіант. Після тренування дріт мав злегка хвилясту форму. Слід підкреслити, що згідно з роботами Bochniak та Pieła (2007) [4] та Filipek (2010)

[5] проба ТТ є простим, швидким і дешевим методом визначення технологічних властивостей проводів, призначених для намотування.

Рис. 4 Схема ТТ тесту:1 перевірений дріт,2 захват, що обертається електродвигуном, з'єднаним із реєструючим пристроєм повороту,3 направляючі ролики,4ваги,5 губки, що затискають кінці дроту

3. Результати

Вплив початкового натягу та кількості проходів у процесі CDT на властивості вольфрамових дротів показано на рис. 6 і 7. Великий розкид отриманих механічних параметрів дроту ілюструє масштаби неоднорідності матеріалу, отриманого за порошковою технологією, тому проведений аналіз зосереджений на тенденціях зміни досліджуваних властивостей, а не на їх абсолютних значеннях.

Промисловий вольфрамовий дріт характеризується середніми значеннями межі текучості (YS), що дорівнює 2026 МПа, межею міцності на розрив (UTS) 2294 МПа, загальним подовженням

A≈2,6 % і N_Tаж 28. Незалежно від

величини прикладеної напруги CDT призводить лише до невеликого

зниження UTS (не більше 3 % для дроту після чотирьох проходів), і як YS, так іA залишаються відносно на одному рівні (рис. 6а–в та 7а–в).

Рис. 5 Вид вольфрамового дроту після розриву в тесті ТТ

Рис. 6 Вплив механічного тренування (кількість проходів n) на механічні (а–в) і технологічні (г) (визначено Н_Tу тесті ТТ) властивості вольфрамового дроту; прикріплене значення ваги 4,7 Н

CDT завжди призводить до значного збільшення числа скручувань дроту N_T. Зокрема, за перші два проходи Н_Tдосягає більше ніж 34 для натягу 4,7 Н і майже 33 для натягу 8,5 Н. Це являє собою збільшення приблизно на 20 % по відношенню до комерційного дроту. Застосування більшої кількості проходів призводить до подальшого збільшення N_Tлише у випадку тренування під натягом 4,7 Н. Дріт після чотирьох проходів показує середню величину N_Tперевищує 37, що, порівняно з дротом у початковому стані, становить збільшення більш ніж на 30 %. Подальше тренування дроту при вищих натягах більше не змінюватиме величину раніше досягнутого N_T(рис. 6d і 7d).

4. Аналіз

Отримані результати показують, що застосований метод КДТ вольфрамового дроту практично не змінює його механічні параметри, визначені при випробуваннях на розтяг (відбулося лише незначне зниження межі міцності на розтяг), але значно підвищує його

технологічні властивості, призначені для виробництва спіралей; це представлено кількістю скручувань у тесті ТТ. Це підтверджує результати попередніх досліджень Bochniak і Pieła (2007).

[4] про відсутність збіжності результатів випробувань на розтяг із спостережуваною поведінкою дротів у процесі виробництва спіралей.

Реакція вольфрамових дротів на процес CDT істотно залежить від прикладеного натягу. При невеликому зусиллі натягу спостерігається параболічне зростання кількості скручувань із кількістю проходів, тоді як застосування більших значень натягу призводить (вже після двох проходів) до досягнення стану насичення та стабілізації раніше отриманої технологічної властивості (рис. 6d і 7d).

Така різноманітна реакція вольфрамового дроту підкреслює той факт, що величина натягу визначає кількісну зміну як напруженого, так і деформованого стану матеріалу і, отже, його пружно-пластичну поведінку. Використання вищого натягу під час процесу пластичного згинання дроту, що проходить між послідовними неправильно розташованими матрицями, призводить до меншого радіуса згинання дроту; отже, пластична деформація в напрямку, перпендикулярному до осі дроту, що відповідає за механізм зсуву, більша і призводить до локалізованого пластичного потоку в смугах зсуву. З іншого боку, низький натяг призводить до того, що процес CDT дроту відбувається з більшою участю пружної деформації (тобто частина пластичної деформації є меншою), що сприяє домінуванню однорідної деформації. Ці ситуації суттєво відрізняються від тих, що виникають під час випробування на одноосьовий розтяг.

Слід також зазначити, що CDT покращує технологічні характеристики тільки для дротів достатньої якості, тобто без суттєвих внутрішніх дефектів (пор, пустот, розривів, мікротріщин, відсутності достатньої суцільності зчеплення на межах зерен тощо). .) у результаті виробництва дроту методом порошкової металургії. В іншому випадку зростаючий розкид отриманого значення скручувань N_Tпоряд зі збільшенням кількості проходів вказує на поглиблення диференціації структури дроту в різних його частинах (по довжині), таким чином, також може служити корисним критерієм для оцінки якості комерційного дроту. Ці проблеми будуть предметом майбутніх досліджень.

Рис. 7 Вплив механічного тренування (кількість проходів n) на механічні (а–в) і технологічні (г) (визначено Н_Tу тесті ТТ) властивості вольфрамового дроту; прикріплене значення ваги 8,5 Н

5. Висновки

1， CDT вольфрамових дротів покращує їхні технологічні властивості, як визначено в випробуванні на кручення з розтягуванням N._Tдо розриву.

2， Збільшення N_Tприблизно на 20 % досягається дротом, підданим двом серіям CDT.

3， Величина натягу дроту в процесі CDT має істотний вплив на його технологічні властивості, що визначаються величиною N_Tіндекс. Його найбільшого значення досягав дріт, підданий невеликому натягу (розтягуюча напруга).

4， Використання як більшого натягу, так і більшої кількості циклів багатостороннього згинання зі зсувом не є виправданим, оскільки це призводить лише до стабілізації раніше досягнутого значення N_Tіндекс.

5， Значне покращення технологічних властивостей вольфрамового дроту CDT не супроводжується зміною механічних параметрів, визначених у випробуванні на розтяг, що підтверджує існуючу думку про низьку придатність такого випробування для передбачення технологічної поведінки дроту.

Отримані експериментальні результати демонструють придатність CDT вольфрамового дроту для виробництва спіралей. Зокрема, на основі методу, який використовується для послідовного просування дроту, циклічне різноспрямоване згинання з невеликою деформацією викликає релаксацію внутрішніх напружень. З цієї причини існує обмеження на тенденцію розриву дроту під час пластичного формування спіралей. У результаті було підтверджено, що зменшення кількості відходів у виробничих умовах підвищує ефективність виробничого процесу за рахунок виключення простоїв автоматизованого виробничого обладнання, в якому після обриву дроту необхідно «вручну» активувати аварійну зупинку. оператором.