拉丝过程中常见的断线的问题与分析(上篇)
发布时间:2019-01-01

 一、 杯锥状断裂 

杯锥状断裂是指线材断口的一端呈杯状,另一端呈尖锥状,而锥尖总是指向拉伸方向。断裂初始阶段的锥体表面有一很深、很大、很长的凹坑,这是由微气孔聚集所造成的,这表明拉力相对较大。圆形凹坑的一端全部指向一个方向——断裂端空心孔,这意味着该断裂部分已经收缩。断裂截面外部的剪切边缘环绕锥体,并与线材轴线成45°角,其高度由断裂处的截面收缩率所决定。

引起杯锥状断裂既有内因又有外因。内因是材料本身的缺陷,诸如:脆性、偏析、污染以及线材中氧化压铜颗粒的聚集,这是由铸锭过程中的宏观或显微颗粒引起的。由于线材中聚集着氧化颗粒及气孔,这就很容易引起杯锥状断裂。外因则是拉线模润滑不够,模孔形状不合适,以及拉线时变形度过高或过低等。拉线模中润滑液不足,往往会在线模入口处形成模损环。该模损环作为一种润滑阻碍物,会加剧拉线材与拉线模之间的摩擦。

不过有人指出在模孔形状合适时也会出现杯锥状断裂,这归因于连续运行的拉线设备滑动不够,致使拉线模前后的金属流量不相等,从而引起断裂。


杯锥状断裂的形成分为三个阶段:

1.气孔的形成;

2.气孔聚集形成显微裂缝;

3.显微裂缝增加以至断线。

显微裂缝的形成,要么是气孔增加超过临界值;要么是熔渣或氧化物阻塞,其阻力超过了线材晶核的轴向流体静压力。当有足够的流体静压力对其产生影响,以及线材中存在的熔渣粒子成长并分布到一定程度时,气孔便聚集在一起形成裂缝,导致断裂,并在拉应力作用下使截面收缩加剧。裂纹在线材中的扩展,从外表面看成45°角。

内部裂纹以一定的速度扩展,因而金属在裂纹尖角旁有足够的时间流动,其结果使裂纹尖角磨圆。在此情况下,由裂纹尖角引起的应力集中虽然不是很高,但对促进新气孔的产生及增长足足有余,这种慢慢扩展的内部裂缝破坏了线材内部的晶体网格,从而导致断裂。

杯锥状断裂形成的三个阶段,并不是在单个道次,而是在压缩瞬间形成的。

真正造成杯锥状断裂的是线模角度,它与拉力的直接关系为:在最佳线模角的情况下,拉力微乎其微。但线模角增大时,拉力也随之增大,致使被拉材料自行剪开并在线模入口处形成一变形死区。靠近线模入口的金属不是向前流动的,而是黏在线模内侧形成微型的沟槽。在过度区,通往死区的金属流量,能引起线材内部撕裂而导致杯锥状断裂。


防止杯锥状断裂的办法有两种:

1、改良线材,降低变形区的流体静压力,这是因为变形程度过高或过低都会促使杯锥状断裂的形成。

2、采用角度较小及截面收缩率较大的拉线模,也可以减少杯锥状断裂的发生。


 二、 三角口引起的断线 

三角口是指线材表面的尖角状裂缝。三角口的v形并不总是很明显,随着变形程度及模孔形状的变化,v形往往变成了圆形。有这种损伤的线材很脆,并随着不断变形而断裂。带有三角口的线材的纵向剖面经过磨光后,可以看见线材表面下的裂纹。三角口断裂面通常与线材轴向成45°角,且无截面收缩,这是线材的脆性所致。

进线不直或模孔形状不合适会引起变形不均,并产生与拉伸方向平行的过大的线材表面应力,这样便形成了与应力轴线垂直的显微裂缝,裂缝则随着不断变形而扩大。这种沿拉伸方向出现的断裂块并不扩展,而是形成尖角状表面缺陷,并最终引起断线。

在常规的线材生产中,线材表面氧化物高度集中是引起三角口的原因。由于铸锭表面空气冷凝停止所引起的氧的聚集,根据冷凝表面的分布情况以及铸造、冷凝及轧制过程,线材或多或少要受三角口的影响。


解决此问题的方法:

1、改变铜氧化物的分布。在良好的拉线条件下,是不会出现三角口的。但是当存在有物理方面的不良因素时,就会导致此缺陷。首先的模孔形状不合适,如拉线模工作区角度不对,锥角太小甚至没有,进、出口区角度也不合理。另外,因线模安置偏斜而使进线不直或被拉线材弯曲也会引起三角口。尖角状表面缺陷是由于拉线模导向装置不够长,模孔中心线与拉线中心线不重合所致,当导向装置往返运动时,线材震动加剧,引起线材断裂。因而,三角口并不是在整根线材上都有,而只是存在于某一个阶段。因此,改变铜氧化物的分布,可以避免此缺陷。

2、就是对配模及模孔形状进行检测与修正。在拉制铜线时,根据线材的直径不同,线模的锥角为16°~20°,而定径区长度为模孔直径的0.2~0.3倍。还有在线模出口处设一导向装置,这样,便使线材与线模同心,从而避免了线材的振动。

3、提高润滑效果,控制黏附—滑动性能,因为黏附—滑动将会造成局部应力剧烈增加。在线材全部遭到破坏之前,仔细观察每一生产阶段的线材表面质量,这对于识别三角口标志是极为重要的。


 三、 杂质引起的断线 

杂质通常嵌入断裂面,线材的截面收缩是随杂质的直径与位置而定。但在裂面找不到杂质的主体部分。

积聚外来杂质的断裂面,显示它具有表面粗糙的气孔特性。在电子扫描显微镜下可以看到这种显微裂缝,这是在线模工作区变形期间,由各种拉制及其它物流所产生的杂质形成的。一定的材料缺陷可明显引起线材尺寸缩小,但是与截面相比,杂质颗粒显得微乎其微。由单个或多个相互联系的杂质颗粒造成的结构损伤,引起了断线。杂质断线情况下,断口直径取决于杂质的种类、大小及分布情况,并与线径、材料的机械性能、杂质在线材中的位置及变形参数有关。


杂质缺陷永远改变不了它在线材中的相对位置。线材中的杂质来源于铸造,而线材表面的杂质来源于轧制。在铸造前铜液被污染,在铜液浇铸冷凝时,外来杂质就进入铸锭里。杂质也可能在冷凝之后进入线材里,这包括轧制时磨损的金属微粒可能压入线材表面;运输、存放及加工不当,也能引起杂质进入线材。杂质的另一种来源,便是过滤不良的润滑液或磨损的拉线轮;如果拉线轮的材质用陶瓷代替,则在进一步的拉线过程中,二氧化硅或氧化铝粒子就会脱落。

避免杂质断线的重要措施是,改进工序控制,加强生产管理。拆除熔炉或放液槽中已松动的耐火材料,或用浮选法分离溶液中的一定成分。由于绝大多数杂质都黏附在线材表面,故对线材表面进行机械修整可以在一定程度上避免断线。