一、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,這表明拉力相對較大。圓形凹坑的一端全部指向一個方向——斷裂端空心孔,這意味著該斷裂部分已經收縮。斷裂截面外部的剪切邊緣環繞錐體,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因又有外因。內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,模孔形狀不合適,以及拉線時變形度過高或過低等。拉線模中潤滑液不足,往往會在線模入口處形成模損環。該模損環作為一種潤滑阻礙物,會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也會出現杯錐狀斷裂,這歸因于連續運行的拉線設備滑動不夠,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。當有足夠的流體靜壓力對其產生影響,以及線材中存在的熔渣粒子成長并分布到一定程度時,氣孔便聚集在一起形成裂縫,導致斷裂,并在拉應力作用下使截面收縮加劇。裂紋在線材中的擴展,從外表面看成45°角。
內部裂紋以一定的速度擴展,因而金屬在裂紋尖角旁有足夠的時間流動,其結果使裂紋尖角磨圓。在此情況下,由裂紋尖角引起的應力集中雖然不是很高,但對促進新氣孔的產生及增長足足有余,這種慢慢擴展的內部裂縫破壞了線材內部的晶體網格,從而導致斷裂。
杯錐狀斷裂形成的三個階段,并不是在單個道次,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,它與拉力的直接關系為:在線模角的情況下,拉力微乎其微。但線模角增大時,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。靠近線模入口的金屬不是向前流動的,而是黏在線模內側形成微型的溝槽。在過度區,通往死區的金屬流量,能引起線材內部撕裂而導致杯錐狀斷裂。
防止杯錐狀斷裂的辦法有兩種:一是改良線材,降低變形區的流體靜壓力,這是因為變形程度過高或過低都會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生。
二、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,隨著變形程度及模孔形狀的變化,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。
進線不直或模孔形狀不合適會引起變形不均,并產生與拉伸方向平行的過大的線材表面應力,這樣便形成了與應力軸線垂直的顯微裂縫,裂縫則隨著不斷變形而擴大。這種沿拉伸方向出現的斷裂塊并不擴展,而是形成尖角狀表面缺陷,并引起斷線。
在常規的線材生產中,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,是不會出現三角口的。但是當存在有物理方面的不良因素時,就會導致此缺陷。首先的模孔形狀不合適,如拉線模工作區角度不對,錐角太小甚至沒有,進、出口區角度也不合理。另外,因線模安置偏斜而使進線不直或被拉線材彎曲也會引起三角口。尖角狀表面缺陷是由于拉線模導向裝置不夠長,模孔中心線與拉線中心線不重合所致,當導向裝置往返運動時,線材震動加劇,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,就是對配模及模孔形狀進行檢測與修正。在拉制銅線時,根據線材的直徑不同,線模的錐角為16°~20°,而定徑區長度為模孔直徑的0.2~0.3倍。還有在線模出口處設一導向裝置,這樣,便使線材與線模同心,從而避免了線材的振動。
第三種解決的方法是,提高潤滑效果,控制黏附—滑動性能,因為黏附—滑動將會造成局部應力劇烈增加。在線材全部遭到破壞之前,仔細觀察每一生產階段的線材表面質量,這對于識別三角口標志是極為重要的。
三、雜質引起的斷線
雜質通常嵌入斷裂面,線材的截面收縮是隨雜質的直徑與位置而定。但在裂面找不到雜質的主體部分。
積聚外來雜質的斷裂面,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,這是在線模工作區變形期間,由各種拉制及其它物流所產生的雜質形成的。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,雜質顆粒顯得微乎其微。由單個或多個相互聯系的雜質顆粒造成的結構損傷,引起了斷線。雜質斷線情況下,斷口直徑取決于雜質的種類、大小及分布情況,并與線徑、材料的機械性能、雜質在線材中的位置及變形參數有關。
雜質缺陷永遠改變不了它在線材中的相對位置。線材中的雜質來源于鑄造,而線材表面的雜質來源于軋制。在鑄造前銅液被污染,在銅液澆鑄冷凝時,外來雜質就進入鑄錠里。雜質也可能在冷凝之后進入線材里,這包括軋制時磨損的金屬微粒可能壓入線材表面;運輸、存放及加工不當,也能引起雜質進入線材。雜質的另一種來源,便是過濾不良的潤滑液或磨損的拉線輪;如果拉線輪的材質用陶瓷代替,則在進一步的拉線過程中,二氧化硅或氧化鋁粒子就會脫落。
避免雜質斷線的重要措施是,改進工序控制,加強生產管理。拆除熔爐或放液槽中已松動的耐火材料,或用浮選法分離溶液中的一定成分。由于絕大多數雜質都黏附在線材表面,故對線材表面進行機械修整可以在一定程度上避免斷線。
四、宏觀氣孔引起的斷線
由宏觀氣孔引起的斷裂點,呈漏斗狀溝槽。其空隙內壁無污物且光滑,此處在拉制過程中無拉應力。當線材中環繞“杯”的那一部分一直延伸到線材表面并產生塑性變形,就會導致斷裂。將兩個斷裂的線端并在一起時,兩者不能縫合,中間有空隙。
這種造成斷裂的氣孔,可在線材內部找到。它通常是在鑄造時形成的,要么是剩余氣體進入溶液,要么是金屬在凝固時收縮。線材中的氣孔可達數毫米,所形成的空隙則是微孔裂縫的起點,并在進一步變形過程中引起的斷裂。為避免宏觀氣孔,應在鑄造時防止剩余氣體進入,或在凝固階段的早期對金屬進行充分的冷卻。
五、毛刺引起的斷線
毛刺斷裂是指折痕所引起的斷裂,它類似于表面裂縫。裂縫幾乎與線材圓周平行,在大多數情況下表現為表面氧化物,這是在先前熱軋時材料氧化所形成的。這種截面收縮引起的斷裂與縮徑斷裂相似。
在一般情況下,由于在軋制中形成是未還原銅氧化層的緣故,毛刺脫離了主體。在進一步變形過程中,氧化物阻礙了毛刺與線材的連接,因而導致脆裂。脆裂的一端引起雜質脫落,形成的孔眼在拉線時變細,直到線材斷裂。
毛刺斷裂可能是由鑄錠表面缺陷、折痕以及表面裂縫所引起的;另一個重要的原因是鑄錠有缺陷,由于冷卻太慢而形成柱狀晶,柱狀晶在第一道次軋制時引起裂縫,而在繼續軋制時又被壓合。
氧化問題大多歸因于軋制設備所造成的缺陷。如有剩余氧化物,應從以下幾個方面找原因:
1. 拉線鼓輪不光滑;
2. 配模不合理;
3. 拉線模光滑,模孔形狀不正確,工作區角度過小或者沒有。 毛刺斷線的避免措施毛刺斷線是可以避免的,欲使鑄錠無毛刺和表面裂縫,線材上不黏附雜質與外來物,應調整軋機上的導線裝置,檢查異常磨損現象,更換已損的導向機構。對于造成毛刺斷裂原因之一的柱狀晶,要根據顯微照 片加以證實。
六、焊縫所引起的斷線
從外表形象來看,焊縫斷裂很象一張魚嘴。這通常與脆性有關,斷裂表面顯的粗糙,呈粒狀,焊接不佳的突出標志就是空隙很大,在拉線過程中因接頭不牢而斷線。
焊縫斷裂的原因是相關設備有缺陷,如已損壞的剪切機對焊接接頭剪切不當;焊絲燃燒不完全;焊接壓力與焊接電流調節不當,因而引起熱性能不佳。當在焊接過程中沒有將剩余氣體排除時,焊縫內部便存在足夠的氧,在冷凝時氧氣就進入焊縫,并在焊件內部形成氣孔。
對焊接設備的調整應考慮到線徑,并對設備功能及網絡電壓進行控制,電壓將會引起焊接不良。如果采用以上措施無效,則應檢查銅線接口是否含氧量過高或者分布不均。然后提高焊接電流或焊接壓力,使焊接接頭牢固可靠。