退火点对复印机灯丝绕制性能的影响

缪 兵,隋明侠,邹 晓,李石其

(自贡硬质合金有限责任公司成都分公司,四川成都610100)

退火点对复印机灯丝绕制性能的影响

缪 兵,隋明侠,邹 晓,李石其

(自贡硬质合金有限责任公司成都分公司,四川成都610100)

研究了以ϕ0.39mm钨丝为原料,在相同的拉丝温度、变形程度和变形速度的前提下,按不同退火点生产出相同规格的钨丝,对比分析了退火对钨丝直径的影响程度,比较了钨丝在强度和绕丝性能上的差异,分析了强度与绕丝性能之间的关系,提出了针对复印机灯丝的一种新的生产工艺,并且通过客户的使用验证了这种工艺的有效性。

钨丝;直径;退火点;复印机;绕制性能;强度

1 引言

钨具有体心立方晶体结构,在金属中熔点最高(3 410℃±20℃)、热膨胀系数最小(2027℃时为72.6×10-7cm/cm/1℃),加之蒸气压小(3 007℃时为10-3Pa),因此是理想的电光源材料。以钨丝为光源的卤素灯按照使用特点可分为照明用卤素灯和热源用卤素灯两类。照明用卤素灯强调的是照度、光通量、寿命,如汽车灯。热源用卤素灯强调的是寿命、加热均匀性,复印机灯就是一种热源用卤素灯。复印机灯以钨丝作为发热体,其作用是给复印的文字、图形快速加热定稿。因其工作时一直处于闪-灭状态,灯丝反复受到拉应力和压应力作用,为了保证灯丝的使用寿命,要求钨丝具有很高的纯度、均匀适当的结晶组织和良好的机械性能。同时为了保证加热的均匀性,要求钨丝具有很好的直径均匀性。用传统方法生产的钨丝制成灯丝后,在使用寿命和加热均匀性上都能满足客户要求,但是在检测绕制性能时会出现大量不合格产品,经过统计分析发现,钨丝绕制不合格与钨丝的强度有一定关系。钨丝作为热源用卤素灯的关键材料,在可预见的未来还难以被其它材料代替,因此研究钨丝强度对灯丝绕制性能的影响,从而提高灯丝绕制合格率,对于降低生产成本、减少钨资源浪费有着重要意义。为了保证灯丝的使用寿命和加热均匀性,在进行工艺改进来提高灯丝绕制合格率时,必须要注意不能影响到钨丝直径的均匀性和灯丝再结晶后的金相组织。本实验的重点是研究不同退火点生产钨丝的性能,通过对钨丝直径变化观察,钨丝强度和绕制拉伸结果之间关系的分析,为复印机灯用钨丝的生产提供了一种新的工艺路线。

2 实验方案

2.1 实验原料

选用同一粉末批号、相同工艺生产的ϕ0.39mm钨丝,钨丝化学成分和物理性能要求符合国标GB/T23272-2009要求。为了保证原料的一致性,选择原料时特别要求钨丝需要经过涡流探伤检测,在规定参数下,裂纹点数小于2点/100米,钨丝抗拉强度在2 000N/mm2～2 300N/mm2之间。

2.2 实验设备

气大八模拉丝机,气加热钨丝退火炉。

2.3 实验工艺设计

采用退火点不同,而拉丝温度、变形速度和变形程度相同的工艺路线,生产出相同规格钨丝成品,测量其强度和直径的情况并比较其绕丝性能差异。

方案1:目前大多数公司使用传统工艺,用ϕ0.39mm钨丝作为原料,直接经过多模拉丝拉至半成品钨丝,经过电解清洗成白钨丝。

方案2:在ϕ0.39mm增加在线退火,退火后再按方案1多模拉丝拉至半成品钨丝,经过电解清洗成白钨丝。

方案3:按方案1直接经过多模拉丝拉至半成品钨丝,用气加热钨丝退火炉经过退火处理,退火温度1 200℃±50℃,然后经过电解清洗成白钨丝。

3 实验结果与分析

3.1 退火对直径变化的影响

方案1和方案2的钨丝产品尺寸受成品模具和加工工艺控制,而方案3拉丝后还需要进行退火处理,因此需要分析退火处理前后钨丝尺寸的变化情况。钨丝在退火前后分别用激光测径仪进行直径检测(见图1和表1),检测结果显示空退前平均直径0.202 1mm,极差0.000 4mm;空退后平均直径0.202 5mm,极差0.000 7mm。从检测结果看,直径有微小变化,但基本可以保证在控制范围内。空退后平均直径有微小增加,通过显微镜观察发现钨丝表层石墨乳在变得疏松、粗糙,表明钨丝直径的微小增加可能与表层石墨乳受热后变得疏松膨胀有关。

表1 退火前后直径测试统计表

3.2 不同工艺方案与钨丝强度之间的关系

对钨丝进行强度检测,发现不同方案生产出来的相同规格钨丝强度不同,从方案1、方案2到方案3,钨丝产品强度分布呈现出逐渐递减的趋势,方案3是拉丝后进行了单独退火处理的钨丝,强度降低非常明显。

3.3 不同工艺方案钨丝绕制性能差异

将不同工艺生产的钨丝进行绕制拉伸检验,按照客户提供的检验方法,在规定的芯线直径下密绕50圈,然后拉伸,观察拉伸倍数和拉伸断口情况。

图1 退火前后激光测径数据统计图

图2 不同工艺生产的相同规格钨丝强度分布图

图3 绕制好的钨丝线圈

图4 拉伸后的钨丝线圈

图5 拉伸断裂的钨丝断口

钨丝绕制开裂与钨丝本身存在的裂点也有关系,为了消除裂点的影响,保证实验结果的准确性,我们在进行绕制拉伸实验前,先进行了探伤检查,选择没有裂点的钨丝进行绕制实验。绕制拉伸实验结果见表2。

表2 绕制拉伸实验统计表

从图2的强度分布和表2统计的绕制拉伸断裂情况分析,强度越大的钨丝,绕制后拉伸越容易发生断裂。从图5的钨丝断口分析,断口呈现出钨丝沿晶界开裂的现象。根据钨钼丝加工原理分析,加工态的钨丝存在着较大的内应力,在拉丝加工过程中,由于钨丝在700℃～900℃下发生拉伸变形,变形温度处于塑脆转变温度之上,内应力得到消除,因此不会观察到材料开裂现象。而在室温绕制过程中,钨丝变形时温度低,而且受到45度方向的剪切力作用,因此在内应力和剪切力的双重作用下容易出现开裂现象。拉丝完成后进行一次退火处理,可以有效消除内应力,从钨丝力学性能上的直观表现就是钨丝强度值的降低,内应力消除后,钨丝在室温下的加工性能明显改善,因此表现出绕制拉伸性能的改善。图6统计了5个月的绕丝检测不合格率的情况,可以看出,在3月份开始采用方案3工艺后,绕制不合格率明显下降。

图6 2014年12月-2015年4月绕制不合格率统计图

3.4 使用效果评价

方案1、方案2、方案3生产的钨丝,客户做成灯丝并经过高温点灯后进行晶相分析,从金相观察看(如图7、图8、图9),方案1、方案2和方案3的金相没有明显差异,均属于合格范围,点灯寿命实验结果也表明,用方案3生产的钨丝制成的灯丝,寿命和加热均匀性没有降低。

图7 方案1灯丝金相

图8 方案2灯丝金相

图9 方案3灯丝金相

4 结论

(1)通过加工前在ϕ0.39mm退火和加工后退火均可以降低钨丝强度,但加工后退火钨丝强度降低更加明显。

(2)进行退火处理后的钨丝直径与退火前相比存在微小差异,这种差异是由于表层石墨乳的变化造成的,对钨丝质量没有明显影响。

(3)退火后钨丝残余应力得到消除,绕制性能明显改善。

(4)经过验证,退火处理后的钨丝在客户使用时不会引起负面的晶相组织变化。

(5)用方案3替代传统的方案1生产复印机灯用钨丝,可以明显降低钨丝不合格率。

[1] 罗振中,王典才.钨钼技术手册[M].自贡硬质合金有限责公司资料,2011.

[2] 白淑文,等.钨钼丝压力加工原理[M].轻工业出版社,1984.

[3] 张国钦.钨丝裂纹的产生及控制[D].东北大学硕士学位论文,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 withϕ0.39mm 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

缪兵,工程师,主要从事粉末冶金及压力加工技术等方面的工作。