Вольфрамовая проволока производится из спеченного вольфрамового стержня посредством серии контролируемых стадий горячей деформации, а штамповка, также называемая обжимкой или ротационной ковкой, является одним из ключевых промежуточных этапов, превращающих хрупкий спеченный стержень в пластичный мелкозернистый-пруток, готовый к волочению проволоки.
Роль штамповки в прокладке вольфрамовой проволоки
После того, как вольфрамовый порошок спрессован и спечен в форме стержня, материал становится прочным, но слишком хрупким при комнатной температуре для какой-либо дальнейшей механической обработки. Ковка в штампе находится между спеченным стержнем и стадией волочения проволоки в производственном маршруте: она постепенно уменьшает поперечное сечение, уплотняет структуру и развивает текстуру деформации, от которой зависит последующая волочение проволоки. Поскольку обжатие за проход ограничено, операция выполняется повторными проходами, а не за один ход, и каждый проход должен планироваться с учетом текущего диаметра, температуры и внутреннего напряженного состояния прутка.
Нагрев для пластичности при 1200-1500 градусов Цельсия.
Вольфрам имеет объемно--центрированную кубическую кристаллическую структуру с высокой температурой перехода от пластичного-к-хрупкому состоянию. При комнатной температуре движение дислокаций в решетке сильно ограничено, поэтому стержень разрушается, а не деформируется пластически. Повышение температуры стержня до 1200–1500 градусов по Цельсию активирует достаточные системы скольжения, обеспечивающие текучесть пластика, что позволяет безопасно измельчать материал без растрескивания. Равномерный нагрев по всему поперечному сечению прутка имеет решающее значение, поскольку неравномерное распределение температуры приводит к нестабильной деформации и возникновению внутренних напряжений, которые могут вызвать дефекты готовой проволоки.
Механизм обжима и уменьшение диаметра
При температуре ковки нагретый пруток пропускают через ковочную машину. Машина забивает пруток со скоростью около 10 000 ударов в минуту, и каждый проход через матрицу уменьшает диаметр примерно на 12 процентов. Высокая частота ударов сохраняет рабочую температуру прутка на протяжении более длительного периода прохода и обеспечивает более однородную поверхность и поперечное сечение, чем более медленные методы ковки. Операция повторяется, проход за проходом, пока не будет достигнут целевой диаметр стержня, при этом обжатие за проход остается достаточно небольшим, чтобы избежать растрескивания или чрезмерного наклепа.
Развитие микроструктуры: волокнистая зернистая структура
Ковка удлиняет кристаллы вольфрама в направлении обработки, постепенно создавая волокнистую структуру зерен в стержне. Эта ориентированная микроструктура очень желательна для готового продукта, поскольку она сочетает в себе хорошую пластичность с высокой прочностью на разрыв вдоль оси проволоки. Выравнивание волокон, установленное на этапе обжима, обеспечивает исходную текстуру, которую волочение проволоки уточняет до конечной тонкой проволоки. Однако в тяжело обработанном материале накапливается деформационное упрочнение и внутреннее напряжение, поэтому на этом этапе необходимо снять напряжение со стержня путем повторного нагрева, прежде чем предпринимать дальнейшие попытки обжатия.
Снятие стресса и размерные цели
После каждого этапа деформации стержень повторно нагревают для снятия внутренних напряжений и восстановления работоспособности для следующего прохода. Этот промежуточный отжиг предотвращает возникновение трещин и сохраняет постоянство деформационного поведения стержня. Обжимка продолжается до тех пор, пока диаметр стержня не достигнет примерно 0,25–0,10 дюйма — диапазона размеров, с которого обычно начинается волочение вольфрамовой проволоки. На этом этапе стержень сочетает в себе достаточную пластичность с мелкой, выровненной структурой зерен, которая обеспечивает равномерную вытяжку до конечного диаметра проволоки.
Ключевые параметры этапа штамповки приведены ниже.
| Параметр | Ценить |
|---|---|
| Позиция в процессе | Между спеченным вольфрамовым стержнем и волочением проволоки |
| Температура нагрева | 1200-1500 градусов Цельсия |
| Скорость ковки | Около 10 000 ударов в минуту. |
| Уменьшение диаметра за проход | Примерно 12 процентов |
| Зернистая структура после ковки | Удлиненная волокнистая структура в рабочем направлении. |
| Промежуточное лечение | Снятие напряжений путем повторного нагрева после деформации |
| Целевой диаметр перед рисованием | Примерно от 0,25 до 0,10 дюйма. |
Часто задаваемые вопросы
Почему вольфрамовый стержень хрупкий при комнатной температуре?Вольфрам имеет объемно--центрированную кубическую кристаллическую структуру с высокой температурой перехода от пластичного-к-хрупкому состоянию. При комнатной температуре движение дислокаций в кристаллической решетке сильно ограничено, поэтому стержень имеет тенденцию разрушаться, а не пластически деформироваться при механической обработке.
Какой температурный диапазон используется при штамповке вольфрама?Перед ковкой вольфрамовый стержень нагревается до температуры от 1200 до 1500 градусов по Цельсию. При этой температуре материал становится достаточно пластичным, чтобы его можно было обжать матрицей без растрескивания.
Насколько уменьшается диаметр стержня за каждый проход обжима?Каждый проход через ковочную машину уменьшает диаметр стержня примерно на 12 процентов. Небольшое уменьшение за проход позволяет безопасно повторять операцию до тех пор, пока не будет достигнут целевой диаметр.
Почему после обжатия стержень необходимо снимать напряжение?Обжимка вызывает деформационное упрочнение и внутреннее напряжение в стержне. Повторный нагрев стержня для снятия этих напряжений восстанавливает работоспособность, предотвращает возникновение трещин и сохраняет постоянство поведения деформации для следующих проходов.
В чем преимущество волокнистой структуры зерен, созданной ковкой?Волокнистая удлиненная структура зерен, ориентированная вдоль направления обработки, придает стержню благоприятное сочетание пластичности и прочности на разрыв вдоль оси проволоки, а также обеспечивает исходную текстуру, которую волочение проволоки преобразует в конечную вольфрамовую проволоку.
Какой диаметр стержня достигается перед началом волочения вольфрамовой проволоки?Обжатие продолжают до тех пор, пока диаметр стержня не достигнет примерно 0,25–0,10 дюйма. В этом диапазоне размеров стержень обладает достаточной пластичностью и мелкозернистой структурой, обеспечивающей равномерную вытяжку до конечного диаметра проволоки.