退火點對復印機燈絲繞制性能的影響

繆 兵,隋明俠,鄒 曉,李石其

(自貢硬質合金有限責任公司成都分公司,四川成都610100)

退火點對復印機燈絲繞制性能的影響

繆 兵,隋明俠,鄒 曉,李石其

(自貢硬質合金有限責任公司成都分公司,四川成都610100)

研究了以?0.39mm鎢絲為原料,在相同的拉絲溫度、變形程度和變形速度的前提下,按不同退火點生產出相同規(guī)格的鎢絲,對比分析了退火對鎢絲直徑的影響程度,比較了鎢絲在強度和繞絲性能上的差異,分析了強度與繞絲性能之間的關系,提出了針對復印機燈絲的一種新的生產工藝,并且通過客戶的使用驗證了這種工藝的有效性。

鎢絲;直徑;退火點;復印機;繞制性能;強度

1 引言

鎢具有體心立方晶體結構,在金屬中熔點最高(3 410℃±20℃)、熱膨脹系數(shù)最小(2027℃時為72.6×10-7cm/cm/1℃),加之蒸氣壓小(3 007℃時為10-3Pa),因此是理想的電光源材料。以鎢絲為光源的鹵素燈按照使用特點可分為照明用鹵素燈和熱源用鹵素燈兩類。照明用鹵素燈強調的是照度、光通量、壽命,如汽車燈。熱源用鹵素燈強調的是壽命、加熱均勻性,復印機燈就是一種熱源用鹵素燈。復印機燈以鎢絲作為發(fā)熱體,其作用是給復印的文字、圖形快速加熱定稿。因其工作時一直處于閃-滅狀態(tài),燈絲反復受到拉應力和壓應力作用,為了保證燈絲的使用壽命,要求鎢絲具有很高的純度、均勻適當?shù)慕Y晶組織和良好的機械性能。同時為了保證加熱的均勻性,要求鎢絲具有很好的直徑均勻性。用傳統(tǒng)方法生產的鎢絲制成燈絲后,在使用壽命和加熱均勻性上都能滿足客戶要求,但是在檢測繞制性能時會出現(xiàn)大量不合格產品,經過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),鎢絲繞制不合格與鎢絲的強度有一定關系。鎢絲作為熱源用鹵素燈的關鍵材料,在可預見的未來還難以被其它材料代替,因此研究鎢絲強度對燈絲繞制性能的影響,從而提高燈絲繞制合格率,對于降低生產成本、減少鎢資源浪費有著重要意義。為了保證燈絲的使用壽命和加熱均勻性,在進行工藝改進來提高燈絲繞制合格率時,必須要注意不能影響到鎢絲直徑的均勻性和燈絲再結晶后的金相組織。本實驗的重點是研究不同退火點生產鎢絲的性能,通過對鎢絲直徑變化觀察,鎢絲強度和繞制拉伸結果之間關系的分析,為復印機燈用鎢絲的生產提供了一種新的工藝路線。

2 實驗方案

2.1 實驗原料

選用同一粉末批號、相同工藝生產的?0.39mm鎢絲,鎢絲化學成分和物理性能要求符合國標GB/T23272-2009要求。為了保證原料的一致性,選擇原料時特別要求鎢絲需要經過渦流探傷檢測,在規(guī)定參數(shù)下,裂紋點數(shù)小于2點/100米,鎢絲抗拉強度在2 000N/mm2～2 300N/mm2之間。

2.2 實驗設備

氣大八模拉絲機,氣加熱鎢絲退火爐。

2.3 實驗工藝設計

采用退火點不同,而拉絲溫度、變形速度和變形程度相同的工藝路線,生產出相同規(guī)格鎢絲成品,測量其強度和直徑的情況并比較其繞絲性能差異。

方案1:目前大多數(shù)公司使用傳統(tǒng)工藝,用?0.39mm鎢絲作為原料,直接經過多模拉絲拉至半成品鎢絲,經過電解清洗成白鎢絲。

方案2:在?0.39mm增加在線退火,退火后再按方案1多模拉絲拉至半成品鎢絲,經過電解清洗成白鎢絲。

方案3:按方案1直接經過多模拉絲拉至半成品鎢絲,用氣加熱鎢絲退火爐經過退火處理,退火溫度1 200℃±50℃,然后經過電解清洗成白鎢絲。

3 實驗結果與分析

3.1 退火對直徑變化的影響

方案1和方案2的鎢絲產品尺寸受成品模具和加工工藝控制,而方案3拉絲后還需要進行退火處理,因此需要分析退火處理前后鎢絲尺寸的變化情況。鎢絲在退火前后分別用激光測徑儀進行直徑檢測(見圖1和表1),檢測結果顯示空退前平均直徑0.202 1mm,極差0.000 4mm;空退后平均直徑0.202 5mm,極差0.000 7mm。從檢測結果看,直徑有微小變化,但基本可以保證在控制范圍內?？胀撕笃骄睆接形⑿≡黾?通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)鎢絲表層石墨乳在變得疏松、粗糙,表明鎢絲直徑的微小增加可能與表層石墨乳受熱后變得疏松膨脹有關。

表1 退火前后直徑測試統(tǒng)計表

3.2 不同工藝方案與鎢絲強度之間的關系

對鎢絲進行強度檢測,發(fā)現(xiàn)不同方案生產出來的相同規(guī)格鎢絲強度不同,從方案1、方案2到方案3,鎢絲產品強度分布呈現(xiàn)出逐漸遞減的趨勢,方案3是拉絲后進行了單獨退火處理的鎢絲,強度降低非常明顯。

3.3 不同工藝方案鎢絲繞制性能差異

將不同工藝生產的鎢絲進行繞制拉伸檢驗,按照客戶提供的檢驗方法,在規(guī)定的芯線直徑下密繞50圈,然后拉伸,觀察拉伸倍數(shù)和拉伸斷口情況。

圖1 退火前后激光測徑數(shù)據統(tǒng)計圖

圖2 不同工藝生產的相同規(guī)格鎢絲強度分布圖

圖3 繞制好的鎢絲線圈

圖4 拉伸后的鎢絲線圈

圖5 拉伸斷裂的鎢絲斷口

鎢絲繞制開裂與鎢絲本身存在的裂點也有關系,為了消除裂點的影響,保證實驗結果的準確性,我們在進行繞制拉伸實驗前,先進行了探傷檢查,選擇沒有裂點的鎢絲進行繞制實驗。繞制拉伸實驗結果見表2。

表2 繞制拉伸實驗統(tǒng)計表

從圖2的強度分布和表2統(tǒng)計的繞制拉伸斷裂情況分析,強度越大的鎢絲,繞制后拉伸越容易發(fā)生斷裂。從圖5的鎢絲斷口分析,斷口呈現(xiàn)出鎢絲沿晶界開裂的現(xiàn)象。根據鎢鉬絲加工原理分析,加工態(tài)的鎢絲存在著較大的內應力,在拉絲加工過程中,由于鎢絲在700℃～900℃下發(fā)生拉伸變形,變形溫度處于塑脆轉變溫度之上,內應力得到消除,因此不會觀察到材料開裂現(xiàn)象。而在室溫繞制過程中,鎢絲變形時溫度低,而且受到45度方向的剪切力作用,因此在內應力和剪切力的雙重作用下容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。拉絲完成后進行一次退火處理,可以有效消除內應力,從鎢絲力學性能上的直觀表現(xiàn)就是鎢絲強度值的降低,內應力消除后,鎢絲在室溫下的加工性能明顯改善,因此表現(xiàn)出繞制拉伸性能的改善。圖6統(tǒng)計了5個月的繞絲檢測不合格率的情況,可以看出,在3月份開始采用方案3工藝后,繞制不合格率明顯下降。

圖6 2014年12月-2015年4月繞制不合格率統(tǒng)計圖

3.4 使用效果評價

方案1、方案2、方案3生產的鎢絲,客戶做成燈絲并經過高溫點燈后進行晶相分析,從金相觀察看(如圖7、圖8、圖9),方案1、方案2和方案3的金相沒有明顯差異,均屬于合格范圍,點燈壽命實驗結果也表明,用方案3生產的鎢絲制成的燈絲,壽命和加熱均勻性沒有降低。

圖7 方案1燈絲金相

圖8 方案2燈絲金相

圖9 方案3燈絲金相

4 結論

(1)通過加工前在?0.39mm退火和加工后退火均可以降低鎢絲強度,但加工后退火鎢絲強度降低更加明顯。

(2)進行退火處理后的鎢絲直徑與退火前相比存在微小差異,這種差異是由于表層石墨乳的變化造成的,對鎢絲質量沒有明顯影響。

(3)退火后鎢絲殘余應力得到消除,繞制性能明顯改善。

(4)經過驗證,退火處理后的鎢絲在客戶使用時不會引起負面的晶相組織變化。

(5)用方案3替代傳統(tǒng)的方案1生產復印機燈用鎢絲,可以明顯降低鎢絲不合格率。

[1] 羅振中,王典才.鎢鉬技術手冊[M].自貢硬質合金有限責公司資料,2011.

[2] 白淑文,等.鎢鉬絲壓力加工原理[M].輕工業(yè)出版社,1984.

[3] 張國欽.鎢絲裂紋的產生及控制[D].東北大學碩士學位論文,2007.

Annealing Point of Photocopiers Filament Wound Affect Performance

MIAO Bing,SUI Ming-xia,ZOU Xiao,LI Shi-qi
(Zigong Cemented Carbide Corp.,Ltd.Chengdu 610100,Sichuan China)

The tungsten wire with?0.39mm as raw materials in the same premise spinning temperature,deformation degree and strain rate,at different annealing point to produce the same size tungsten wire,analyzed the effect of annealing on the diameter of the tungsten wire degree, compared the differences in the intensity and tungsten wire around performance,analyzes the relationship between the strength and wound Performance,and proposed a new production process for copiers filament,and validated by the customer's use of such the effectiveness of the process. Key words:tungsten wire;diameter;annealing point;copier performance;strength

TB331 TG146

:B

1001-5108(2015)04-0062-05

繆兵,工程師,主要從事粉末冶金及壓力加工技術等方面的工作。