1. Giới thiệu

Dây vonfram có độ dày từ vài đến hàng chục micro mét, được dẻo thành hình xoắn ốc và được sử dụng làm nguồn sáng đốt cháy và phóng điện. Sản xuất dây dựa trên công nghệ bột, tức là bột vonfram thu được thông qua một quá trình hóa học lần lượt được ép, thiêu kết và tạo hình nhựa (rèn và kéo quay). Lưu ý quá trình quấn dây cần phải có tính chất dẻo tốt và độ đàn hồi “không quá cao”. Mặt khác, do điều kiện khai thác xoắn ốc và hơn hết là yêu cầu độ bền từ biến cao nên dây kết tinh lại không phù hợp để sản xuất, đặc biệt nếu chúng có cấu trúc hạt thô.

Có thể sửa đổi các tính chất cơ học và nhựa của vật liệu kim loại, đặc biệt là giảm độ cứng của công việc mạnh mà không cần xử lý ủ bằng cách sử dụng đào tạo cơ học. Quá trình này bao gồm việc làm cho kim loại bị biến dạng lặp đi lặp lại, xen kẽ và có độ dẻo thấp. Ảnh hưởng của sự phản xạ theo chu kỳ lên các tính chất cơ học của kim loại đã được ghi lại trong bài báo của Bochniak và Mosor [1], trong tài liệu này sử dụng các dải đồng thiếc 6,5% CuSn. Người ta đã chứng minh rằng đào tạo cơ khí dẫn đến công việc nhẹ nhàng hơn.
Thật không may, các thông số cơ học của dây vonfram được xác định trong các thử nghiệm kéo đơn trục đơn giản là không đủ để dự đoán hành vi của chúng trong quá trình sản xuất xoắn ốc. Những dây này, mặc dù có đặc tính cơ học tương tự nhau, nhưng thường được đặc trưng bởi độ nhạy cuộn dây khác nhau đáng kể. Do đó, khi đánh giá các đặc tính công nghệ của dây vonfram, kết quả của các thử nghiệm sau đây được coi là đáng tin cậy hơn: cuộn dây lõi, xoắn một chiều, nén cạnh dao, uốn cong và kéo căng hoặc tạo dải đảo ngược [2] . Gần đây, một thử nghiệm công nghệ mới đã được đề xuất [3], trong đó dây chịu xoắn đồng thời với lực căng (thử nghiệm TT) và trạng thái ứng suất—theo ý kiến ​​của các tác giả—gần giống với trạng thái xảy ra trong quá trình sản xuất. của các sợi. Hơn nữa, kết quả thử nghiệm TT được thực hiện trên dây vonfram có đường kính khác nhau đã cho thấy khả năng dự đoán hành vi sau này của chúng trong quá trình công nghệ [4, 5].

Mục đích của công việc được trình bày ở đây là trả lời câu hỏi liệu việc sử dụng phương pháp xử lý biến dạng chu kỳ (CDT) trên dây vonfram bằng phương pháp uốn đa phương liên tục bằng phương pháp cắt [6] có thể sửa đổi cơ học và công nghệ của nó ở mức độ nào không. những tính chất quan trọng.

Nói chung, biến dạng theo chu kỳ của kim loại (ví dụ, do kéo và nén hoặc uốn hai bên) có thể đi kèm với hai quá trình cấu trúc khác nhau. Đầu tiên là đặc trưng cho biến dạng có biên độ nhỏ và

liên quan đến cái gọi là hiện tượng mỏi, dẫn đến kim loại được tôi cứng mạnh biến thành kim loại bị làm mềm trước khi bị phá hủy [7].

Quá trình thứ hai, chiếm ưu thế trong quá trình biến dạng với biên độ biến dạng cao, tạo ra sự không đồng nhất mạnh mẽ của các dải cắt tạo ra dòng chảy dẻo. Do đó, có sự phân mảnh mạnh mẽ của cấu trúc kim loại, đặc biệt là sự hình thành các hạt có kích thước nano, do đó, tính chất cơ học của nó tăng đáng kể nhưng lại làm giảm khả năng gia công. Hiệu ứng như vậy đạt được nhờ phương pháp gấp nếp và làm thẳng lặp đi lặp lại liên tục được phát triển bởi Huang và cộng sự. [8], bao gồm nhiều dải, luân phiên, chuyển qua (cuộn) giữa các cuộn “bánh răng” và cuộn trơn, hoặc theo một cách phức tạp hơn, đó là một phương pháp uốn liên tục dưới sức căng [9], trong đó dải bị kéo căng bị uốn cong do chuyển động thuận nghịch dọc theo chiều dài của bộ cuộn quay. Tất nhiên, sự phân mảnh rộng rãi của các hạt cũng có thể đạt được trong quá trình biến dạng đơn điệu với biến dạng lớn, bằng cách sử dụng cái gọi là phương pháp Biến dạng dẻo nghiêm trọng, đặc biệt là các phương pháp Đùn góc kênh bằng nhau [10] thường đáp ứng các điều kiện đơn giản nhất. cắt kim loại. Thật không may, chúng chủ yếu được sử dụng ở quy mô phòng thí nghiệm và về mặt kỹ thuật là không thể

sử dụng chúng để thu được các đặc tính cơ học cụ thể của dải hoặc dây dài.

Một số nỗ lực cũng đã được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của lực cắt thay đổi theo chu kỳ áp dụng với các biến dạng đơn vị nhỏ đến khả năng kích hoạt hiện tượng mỏi. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện [11] trên các dải đồng và coban bằng phương pháp phản xạ uốn cong với lực cắt đã khẳng định luận điểm trên. Mặc dù phương pháp uốn cong ngược với phương pháp cắt khá dễ áp ​​dụng cho các bộ phận kim loại phẳng, nhưng việc áp dụng trực tiếp hơn cho dây không có ý nghĩa gì, bởi vì, theo định nghĩa, nó không đảm bảo thu được cấu trúc đồng nhất và do đó các đặc tính giống hệt nhau trên chu vi (có bán kính định hướng tùy ý) của dây. Vì lý do này, bài viết này sử dụng một phương pháp CDT mới và nguyên bản được thiết kế cho dây mỏng, dựa trên sự uốn cong liên tục nhiều bên khi cắt.

Hình 1 Sơ đồ quy trình luyện cơ khí của dây:1 dây vonfram,2 cuộn dây với dây để tháo ra,3 hệ thống sáu khuôn quay,4 cuộn dây quanh co,5 phá vỡ trọng lượng, và6 phanh (xi lanh thép có dải đồng thiếc xung quanh)

2. Thí nghiệm

CDT của dây vonfram có đường kính 200 μm đã được thực hiện trên một thiết bị thử nghiệm được chế tạo đặc biệt có sơ đồ như trong Hình 1. Dây chưa cuộn (1) từ cuộn dây

(2) có đường kính 100 mm, được đưa vào hệ thống gồm sáu khuôn (3), có các lỗ có đường kính bằng dây, được cố định trong một vỏ chung và quay quanh trục với tốc độ 1.350 vòng/phút. phút. Sau khi đi qua thiết bị, dây được cuộn trên cuộn dây (4) có đường kính 100 mm quay với tốc độ 115 vòng/phút. Thông số ứng dụng quyết định tốc độ tuyến tính của dây so với khuôn quay là 26,8 mm/vòng.

Thiết kế phù hợp của hệ thống khuôn có nghĩa là mỗi khuôn thứ hai đều quay lệch tâm (Hình 2), và mỗi đoạn dây đi qua khuôn quay phải chịu sự uốn cong đa phương liên tục với lực cắt được cảm ứng bằng cách ủi ở mép bề mặt bên trong của khuôn.

Hình 2 Sơ đồ bố trí các khuôn quay (được đánh số3 trong hình 1)

Hình 3 Hệ thống khuôn: cái nhìn tổng quát; b phần cơ bản:1 khuôn trung tâm,2 cái chết lập dị,3 vòng đệm

Dây không cuộn chịu ảnh hưởng của ứng suất ban đầu do tác dụng của lực căng, điều này không chỉ bảo vệ dây khỏi bị vướng víu mà còn quyết định sự tham gia lẫn nhau của biến dạng uốn và cắt. Điều này có thể đạt được nhờ vào phanh được gắn trên cuộn dây dưới dạng một dải đồng thiếc được ép bởi một vật nặng (được chỉ định là 5 và 6 trong Hình 1). Hình 3 cho thấy hình thức đào tạo của thiết bị khi gập lại và từng thành phần của nó. Việc huấn luyện dây được thực hiện với hai trọng lượng khác nhau:

4,7 và 8,5 N, có tới bốn đường đi qua bộ khuôn. Ứng suất dọc trục tương ứng là 150 và 270 MPa.

Kiểm tra độ bền kéo của dây (cả ở trạng thái ban đầu và đã được huấn luyện) được thực hiện trên máy kiểm tra Zwick Roell. Chiều dài thước đo mẫu là 100 mm và tốc độ biến dạng kéo là

8×10⁻³ s⁻¹. Trong mỗi trường hợp, một điểm đo (cho mỗi

của các biến thể) đại diện cho ít nhất năm mẫu.

Thử nghiệm TT được thực hiện trên một thiết bị đặc biệt có sơ đồ được hiển thị trong Hình 4 do Bochniak et al trình bày trước đó. (2010). Tâm của sợi dây vonfram (1) dài 1 m được đặt vào một chốt (2), sau đó là các đầu của nó, sau khi đi qua các cuộn dẫn hướng (3) và gắn các quả nặng (4) mỗi cuộn 10 N, đã bị chặn trong một cái kẹp (5). Chuyển động quay của chốt (2) dẫn đến việc quấn hai đoạn dây

(cuộn vào chính chúng), với các đầu cố định của mẫu thử, được thực hiện với ứng suất kéo tăng dần.

Kết quả thử nghiệm là số vòng xoắn (N_T) cần thiết để làm đứt dây và thường xảy ra ở mặt trước của phần rối đã tạo thành, như trong Hình 5. Ít nhất mười thử nghiệm cho mỗi biến thể đã được thực hiện. Sau khi luyện tập, dây có hình dạng gợn sóng nhẹ. Cần nhấn mạnh rằng theo các bài báo của Bochniak và Pieła (2007) [4] và Filipek (2010)

[5] Thử nghiệm TT là một phương pháp đơn giản, nhanh chóng và rẻ tiền để xác định các đặc tính công nghệ của dây dùng làm cuộn dây.

Hình 4. Sơ đồ kiểm tra TT:1 dây thử nghiệm,2 chốt quay bằng động cơ điện, kết hợp với thiết bị ghi độ xoắn,3 cuộn hướng dẫn,4trọng lượng,5 hàm kẹp hai đầu dây

3. Kết quả

Ảnh hưởng của lực căng ban đầu và số lần chạy trong quá trình CDT đến các tính chất của dây vonfram được thể hiện trong Hình. 6 và 7. Sự phân tán lớn các thông số cơ học thu được của dây minh họa mức độ không đồng nhất của vật liệu thu được bằng công nghệ bột, và do đó, phân tích được thực hiện tập trung vào xu hướng thay đổi các tính chất được thử nghiệm chứ không phải vào giá trị tuyệt đối của chúng.

Dây vonfram thương mại được đặc trưng bởi giá trị trung bình của ứng suất chảy (YS) bằng 2.026 MPa, độ bền kéo cuối cùng (UTS) là 2.294 MPa, độ giãn dài tổng cộng

A≈2,6 % và N_Tnhiều nhất là 28. Bất kể

độ lớn của lực căng tác dụng, CDT chỉ gây ra một tác động nhỏ

giảm UTS (không quá 3 % đối với dây sau bốn lần đi qua) và cả YS vàA vẫn tương đối ở mức tương tự (Hình 6a–c và 7a–c).

Hình 5 Hình ảnh dây vonfram sau khi đứt trong thử nghiệm TT

Hình 6 Hiệu quả của việc đào tạo cơ khí (số lần vượt qua n) về cơ học (a–c) và công nghệ (d) (được xác định bởi N_Ttrong phép thử TT) tính chất của dây vonfram; giá trị trọng lượng kèm theo là 4,7 N

CDT luôn dẫn đến sự gia tăng đáng kể số vòng xoắn N_T. Đặc biệt, trong hai lần vượt qua đầu tiên, N_Tđạt hơn 34 đối với lực căng 4,7 N và gần 33 đối với lực căng 8,5 N. Điều này thể hiện mức tăng khoảng 20 % so với dây thương mại. Áp dụng số lượng đường chuyền cao hơn sẽ dẫn đến tăng thêm N_Tchỉ trong trường hợp luyện tập dưới lực căng 4,7 N. Dây sau bốn lần đi qua cho thấy cường độ trung bình của N_Tvượt quá 37, so với dây ở trạng thái ban đầu, tăng hơn 30 %. Việc luyện dây thêm ở lực căng cao hơn sẽ không còn làm thay đổi độ lớn của N đã đạt được trước đó nữa._Tcác giá trị (Hình 6d và 7d).

4. Phân tích

Các kết quả thu được cho thấy rằng phương pháp sử dụng cho CDT dây vonfram trên thực tế không làm thay đổi các thông số cơ học được xác định trong các thử nghiệm kéo (độ bền kéo cuối cùng chỉ giảm một chút), nhưng lại tăng đáng kể.

đặc tính công nghệ nhằm mục đích sản xuất theo hình xoắn ốc; điều này được thể hiện bằng số vòng xoắn trong bài kiểm tra TT. Điều này xác nhận kết quả của các nghiên cứu trước đó của Bochniak và Pieła (2007)

[4] về sự thiếu hội tụ của kết quả thử nghiệm độ bền kéo với đặc tính quan sát được của dây trong quá trình sản xuất xoắn ốc.

Phản ứng của dây vonfram trong quá trình CDT phụ thuộc đáng kể vào lực căng tác dụng. Ở lực căng thấp, người ta quan sát thấy sự tăng trưởng theo hình parabol về số vòng xoắn với số lần đi, trong khi việc áp dụng các giá trị lực căng lớn hơn dẫn đến (sau hai lần đi) để đạt được trạng thái bão hòa và ổn định công nghệ thu được trước đó. thuộc tính (Hình 6d và 7d).

Phản ứng đa dạng như vậy của dây vonfram nhấn mạnh thực tế là độ lớn của lực căng xác định sự thay đổi định lượng cả trạng thái ứng suất và trạng thái biến dạng của vật liệu và do đó hành vi đàn hồi-dẻo của nó. Sử dụng lực căng cao hơn trong quá trình uốn nhựa trong dây đi qua giữa các khuôn lệch liên tiếp dẫn đến bán kính uốn dây nhỏ hơn; do đó, biến dạng dẻo theo hướng vuông góc với trục của dây chịu trách nhiệm cho cơ chế cắt lớn hơn và dẫn đến dòng chảy dẻo cục bộ trong các dải cắt. Mặt khác, lực căng thấp làm cho quá trình CDT của dây diễn ra với sự tham gia nhiều hơn của biến dạng đàn hồi (tức là phần biến dạng dẻo nhỏ hơn), tạo điều kiện cho biến dạng đồng nhất chiếm ưu thế. Những tình huống này khác biệt rõ rệt với những tình huống xảy ra trong quá trình thử kéo một trục.

Cũng cần lưu ý rằng CDT chỉ cải thiện các đặc tính công nghệ đối với dây có đủ chất lượng, nghĩa là không có khuyết tật bên trong đáng kể (lỗ rỗng, lỗ rỗng, gián đoạn, vết nứt vi mô, thiếu độ bám dính liên tục ở ranh giới hạt, v.v. .) do sản xuất dây bằng phương pháp luyện kim bột. Mặt khác, sự phân tán ngày càng tăng của giá trị thu được của vòng xoắn N_Tcùng với sự gia tăng số lần đi qua cho thấy sự khác biệt sâu sắc hơn về cấu trúc dây ở các phần khác nhau của nó (về chiều dài), do đó cũng có thể dùng làm tiêu chí hữu ích để đánh giá chất lượng của dây thương mại. Những vấn đề này sẽ là chủ đề của các cuộc điều tra trong tương lai.

Hình 7 Hiệu quả của việc đào tạo cơ khí (số lần vượt qua n) về cơ học (a–c) và công nghệ (d) (được xác định bởi N_Ttrong phép thử TT) tính chất của dây vonfram; giá trị trọng lượng đính kèm là 8,5 N

5. Kết luận

1 CDT của dây vonfram cải thiện các đặc tính công nghệ của chúng, như được xác định trong phép thử độ xoắn với độ căng của N_Ttrước khi gãy.

2, Sự gia tăng của N_TChỉ số này đạt được khoảng 20 % nhờ dây chịu hai dãy CDT.

3, Độ lớn của lực căng dây trong quá trình CDT có tác động đáng kể đến các đặc tính công nghệ của nó được xác định bởi giá trị của N_Tchỉ số. Giá trị cao nhất của nó đạt được nhờ một sợi dây chịu lực căng nhẹ (ứng suất kéo).

4, Việc sử dụng cả lực căng cao hơn và nhiều chu kỳ uốn đa phương hơn với lực cắt là không hợp lý vì nó chỉ mang lại kết quả ổn định giá trị N đạt được trước đó_Tchỉ số.

5, Sự cải thiện đáng kể các đặc tính công nghệ của dây vonfram CDT không đi kèm với sự thay đổi các thông số cơ học được xác định trong thử nghiệm độ bền kéo, khẳng định niềm tin vào khả năng sử dụng thấp của thử nghiệm đó để dự đoán hành vi công nghệ của dây.

Kết quả thực nghiệm thu được chứng minh tính thích hợp CDT của dây vonfram để sản xuất dây xoắn ốc. Đặc biệt, dựa trên phương pháp được sử dụng để tăng dần chiều dài dây, uốn theo chu kỳ, đa hướng với ít biến dạng sẽ gây ra sự giảm ứng suất bên trong. Vì lý do này, có một hạn chế đối với xu hướng đứt dây trong quá trình tạo hình xoắn ốc bằng nhựa. Kết quả là, người ta đã xác nhận rằng việc giảm lượng chất thải trong điều kiện sản xuất sẽ làm tăng hiệu quả của quá trình sản xuất bằng cách loại bỏ thời gian ngừng hoạt động của thiết bị sản xuất tự động, trong đó, sau khi đứt dây, phải kích hoạt chức năng dừng khẩn cấp “thủ công”. bởi người vận hành.