Bi共晶還呈現(xiàn)出“冷脆性”,冷加工時(shí)易造成開裂。1.3幾種常見的斷線的問題與分析1.3.1杯錐狀斷裂杯錐狀斷裂是指線材斷口的一端呈杯狀,另一端呈尖錐狀,而錐尖總是指向拉伸方向。斷裂初始階段的錐體表面有一很深、很大、很長的凹坑,這是由微氣孔聚集所造成的,這表明拉力相對(duì)較大。
圓形凹坑的一端全部指向一個(gè)方向——斷裂端空心孔,這意味著該斷裂部分已經(jīng)收縮。斷裂截面外部的剪切邊緣環(huán)繞錐體,并與線材軸線成45°角,其高度由斷裂處的截面收縮率所決定。引起杯錐狀斷裂既有內(nèi)因又有外因。內(nèi)因是材料本身的缺陷,諸如:脆性、偏析、污染以及線材中氧化壓銅顆粒的聚集,這是由鑄錠過程中的宏觀或顯微顆粒引起的。
由于線材中聚集著氧化顆粒及氣孔,這就很容易引起杯錐狀斷裂。外因則是拉線模潤滑不夠,??仔螤畈缓线m,以及拉線時(shí)變形度過高或過低等。拉線模中潤滑液不足,往往會(huì)在線模入口處形成模損環(huán)。該模損環(huán)作為一種潤滑阻礙物,會(huì)加劇拉線材與拉線模之間的摩擦。
不過有人指出在模孔形狀合適時(shí)也會(huì)出現(xiàn)杯錐狀斷裂,這歸因于連續(xù)運(yùn)行的拉線設(shè)備滑動(dòng)不夠,致使拉線模前后的金屬流量不相等,從而引起斷裂。杯錐狀斷裂的形成分為三個(gè)階段:1.氣孔的形成;2.氣孔聚集形成顯微裂縫;3.顯微裂縫增加以至斷線。
顯微裂縫的形成,要么是氣孔增加超過臨界值;要么是熔渣或氧化物阻塞,其阻力超過了線材晶核的軸向流體靜壓力。當(dāng)有足夠的流體靜壓力對(duì)其產(chǎn)生影響,以及線材中存在的熔渣粒子成長并分布到一定程度時(shí),氣孔便聚集在一起形成裂縫,導(dǎo)致斷裂,并在拉應(yīng)力作用下使截面收縮加劇。
裂紋在線材中的擴(kuò)展,從外表面看成45°角。內(nèi)部裂紋以一定的速度擴(kuò)展,因而金屬在裂紋尖角旁有足夠的時(shí)間流動(dòng),其結(jié)果使裂紋尖角磨圓。在此情況下,由裂紋尖角引起的應(yīng)力集中雖然不是很高,但對(duì)促進(jìn)新氣孔的產(chǎn)生及增長足足有余,這種慢慢擴(kuò)展的內(nèi)部裂縫格,從而導(dǎo)致斷裂。
杯錐狀斷裂形成的三個(gè)階段,并不是在單個(gè)道次,而是在壓縮瞬間形成的。真正造成杯錐狀斷裂的是線模角度,它與拉力的直接關(guān)系為:在線模角的情況下,拉力微乎其微。但線模角增大時(shí),拉力也隨之增大,致使被拉材料自行剪開并在線模入口處形成一變形死區(qū)。
靠近線模入口的金屬不是向前流動(dòng)的,而是黏在線模內(nèi)側(cè)形成微型的溝槽。在過度區(qū),通往死區(qū)的金屬流量,能引起線材內(nèi)部撕裂而導(dǎo)致杯錐狀斷裂。防止杯錐狀斷裂的辦法有兩種:一是改良線材,降低變形區(qū)的流體靜壓力,這是因?yàn)樽冃纬潭冗^高或過低都會(huì)促使杯錐狀斷裂的形成。
另一是采用角度較小及截面收縮率較大的拉線模,也可以減少杯錐狀斷裂的發(fā)生。1.3.2三角口引起的斷線三角口是指線材表面的尖角狀裂縫。三角口的v形并不總是很明顯,隨著變形程度及??仔螤畹淖兓?,v形往往變成了圓形。
有這種損傷的線材很脆,并隨著不斷變形而斷裂。帶有三角口的線材的縱向剖面經(jīng)過磨光后,可以看見線材表面下的裂紋。三角口斷裂面通常與線材軸向成45°角,且無截面收縮,這是線材的脆性所致。進(jìn)線不直或模孔形狀不合適會(huì)引起變形不均,并產(chǎn)生與拉伸方向平行的過大的線材表面應(yīng)力,這樣便形成了與應(yīng)力軸線垂直的顯微裂縫,裂縫則隨著不斷變形而擴(kuò)大。
這種沿拉伸方向出現(xiàn)的斷裂塊并不擴(kuò)展,而是形成尖角狀表面缺陷,并終引起斷線。在常規(guī)的線材生產(chǎn)中,線材表面氧化物高度集中是引起三角口的原因。由于鑄錠表面空氣冷凝停止所引起的氧的聚集,根據(jù)冷凝表面的分布情況以及鑄造、冷凝及軋制過程,線材或多或少要受三角口的影響。
在良好的拉線條件下,是不會(huì)出現(xiàn)三角口的。但是當(dāng)存在有物理方面的不良因素時(shí),就會(huì)導(dǎo)致此缺陷。首先的??仔螤畈缓线m,如拉線模工作區(qū)角度不對(duì),錐角太小甚至沒有,進(jìn)、出口區(qū)角度也不合理。另外,因線模安置偏斜而使進(jìn)線不直或被拉線材彎曲也會(huì)引起三角口。
尖角狀表面缺陷是由于拉線模導(dǎo)向裝置不夠長,??字行木€與拉線中心線不重合所致,當(dāng)導(dǎo)向裝置往返運(yùn)動(dòng)時(shí),線材震動(dòng)加劇,引起線材斷裂。因而,三角口并不是在整根線材上都有,而只是存在于某一個(gè)階段。因此,改變銅氧化物的分布,可以避免此缺陷。
第二種解決此問題的方法,就是對(duì)配模及??仔螤钸M(jìn)行檢測與修正。在拉制銅線時(shí),根據(jù)線材的直徑不同,線模的錐角為16°~20°,而定徑區(qū)長度為模孔直徑的0.2~0.3倍。還有在線模出口處設(shè)一導(dǎo)向裝置,這樣,便使線材與線模同心,從而避免了線材的振動(dòng)。
第三種解決的方法是,提高潤滑效果,控制黏附—滑動(dòng)性能,因?yàn)轲じ健瑒?dòng)將會(huì)造成局部應(yīng)力劇烈增加。在線材全部遭到破壞之前,仔細(xì)觀察每一生產(chǎn)階段的線材表面質(zhì)量,這對(duì)于識(shí)別三角口標(biāo)志是極為重要的。1.3.3雜質(zhì)引起的斷線雜質(zhì)通常嵌入斷裂面,線材的截面收縮是隨雜質(zhì)的直徑與位置而定。
但在裂面找不到雜質(zhì)的主體部分。積聚外來雜質(zhì)的斷裂面,顯示它具有表面粗糙的氣孔特性。在電子掃描顯微鏡下可以看到這種顯微裂縫,這是在線模工作區(qū)變形期間,由各種拉制及其它物流所產(chǎn)生的雜質(zhì)形成的。一定的材料缺陷可明顯引起線材尺寸縮小,但是與截面相比,雜質(zhì)顆粒顯得微乎其微。
由單個(gè)或多個(gè)相互聯(lián)系的雜質(zhì)顆粒造成的結(jié)構(gòu)損傷,引起了斷線。雜質(zhì)斷線情況下,斷口直徑取決于雜質(zhì)的種類、大小及分布情況,并與線徑、材料的機(jī)械性能、雜質(zhì)在線材中的位置及變形參數(shù)有關(guān)。雜質(zhì)缺陷永遠(yuǎn)改變不了它在線材中的相對(duì)位置。