铜线生产断线种种

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1、2 7 -2 7 同 线 。 雅 反 铜线生产断线种种 1 引言 在生产 过程 中断线， 可能 由原材料损伤 或拉伸及再拉伸缺 陷所致。 根据断线原 因看 ， 断裂点有其表面特性。 生产高质量的铜线 ， 要 从纯净的熔液及挠铸开始。 在铸造过程 中， 可 能产 生的材料缺 陷表现 为： 杂质 、 空隙、 疤皮 及非均质性 最佳的精炼、 轧制及酸洗工序控 制提供高质量的线材 。 只有这样 ， 才能最大限 度地避免断线。拉丝过程中所产生的缺陷及 因此而引起 的断线 ， 可通过最佳的工 序控制 及严格的管理加 以避免。现择其最主要的几 种断线型式分别叔述如下 ： 2 颈缩断线 颈缩断线( 英文为 ：

2、 t e n s i o n b r e a k ) 是指线 材截面成对称性收缩 5 0 以上( 图 1 ) 。它表 现为在 缩 口顶端有一 由拉 伸 凹坑 组成 的沟 槽。 就铜线而言 ， 通常在显微气孔周围生成氧 化亚镉粒子或氧化亚铜铜共晶体。颈缩是 线材在现有应力超出其最大有效拉应力 ( 断 袭强度) 条件下实现的。 图 1 颈缩 断线 最终导致线材颈缩以致断裂的过大的拉 应力是由各种不 良现象造成的。原 因之一是 润滑不够 或润滑不 良。 另一个原 因是 ， 配模不 合理或机械损伤， 如单个拉线模严重扩径 。 截 一 22 一 电线 电缆 译丛 N0 1 9 7 蹦-I t 面压缩率与

3、设备延伸系数不符 。 还有一个原 因是拉线鼓轮配合不 当， 由 于再研磨而产生副作用。当拉线鼓轮上的绕 线圈数不合适时， 会产生不 同的滑 动 比。显 、然， 这是由于拉盘磨损所致。 线材在鼓轮上打 结， 是 由于表面磨损或缠绕过多而使拉伸应 力提高。 除设备影响外， 污物也会引起颈缩断 线 ： 在拉线模人 口聚集 金属碎屑或污物会 引 起拉线模孔减小， 从而 引起拉线模错位。 线材 中的各相 异性 也会 引起颈缩断线 一 这是线材热轧后局部再结晶造成 的。这种缺 陷通常在线材温度超过再生温度及再结晶温 度时出现( 图 2 ) 。 图 2由局 部退火引起的 晶粒 长大 为避免颈缩断线， 必须将

4、拉线模 具与拉 线鼓轮安置在正确位 置上 ， 并注意其必要 的 滑动， 保证最佳润滑 具体防范措施如下 ： 对配模进行调整 ； 更换 已损模具 ； 控制鼓轮直径 ， 更换配错的锥体 ； 控 制并 调整拉 线鼓 轮上 的绕线 圈 数。 线材表面连续的纵向裂纹 ， 即颈 缩断裂 点的成因如下 ： 一一 润滑不 良或拉丝润滑液含脂不够 ； 因拉线模喇叭 1：3 有铜泥或杂质堵塞 而使润滑液严重不纯； 拉线模磨损 为避免纵向裂纹 引起 的颈缩断线 应 对 润滑液的含脂量按规定进行检测， 或添加原 液从而提高含脂量。对润滑液按规定进行净 化 或更换润滑液， 或对润滑剂循环装置的过 滤部分进行检查也可避免

5、纵向裂纹引起的颈 缩断线 。 3 杯锥状断裂 杯锥 状 断 裂 ( 英 文为 ： c e n t r a l b u r s t i n g ， n t e r n a l r u t u r e ， c u p a n dc o n e ) 是指在线 的 一 端呈 杯” 状， 而在线的另一端呈尖锥状， 锥 尖总是指向拉伸方向。源于断裂初始阶段的 锥 体表面有一很深、 很大、 很长 的凹坑， 这是 由微孔聚集所造成的。这 表明 拉力相对较 大 凹坑 圆的一端全部指向同一个方向 断裂端空心孔。 这意味着 ， 该断裂部分已经收 缩 断裂截面( 图 3 ) 外部的剪切边缘环绕锥 体并与导线轴成 4

6、角。其高度由断裂处的 截而必缩率所决定。杯锥状断裂的形成分三 个阶段 ： 气孔的形成； 气孔聚集形成显微裂缝； 显微裂缝增长以致断线。 显微裂缝的形成 ， 要么是气孔增长超过 临界值 ， 要么是熔渣或氧化物阻塞， 这些熔渣 或氧化物 的阻力超过线材晶核的轴向流体静 压力。当足够的静液态拉应力对其产生影响 以及线材中存在的熔渣粒子长到一定程度及 分布时， 气孔便聚集在一起并形成裂缝。 显微 裂缝的存 在导致断裂井在拉应力作用下使截 面收缩加剧 。 裂纹在线材中扩展 ， 从外表看成 4 5 。 角 ( 图 4 ) 口 幻 图 3 杯锥 状断裂 图 4 杯 锥状 断裂的形 成 内部裂缝 以一定的速度

7、扩展 因而金属 在裂缝尖 角旁有足够的时问流动， 结果使裂 缝尖角严重磨圆。 按这种方式 ， 虽然 由裂缝尖 角引起的应力集中不是很高， 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。 杯锥状断裂形成的三个阶段并不是在单 个道次压下量下瞬间完成的， 而是 经过连续 不断的多个拉线模后才完成的 。 缺陷可能产 生于某一个模子， 但在不断的变形过程 中引 起断线 直正影响杯锥状断裂形成 的是拉模角， 它 与拉力 的直接关系为： 在最佳拉模 角情况 下 ， 拉力微乎其微； 当拉模角增大 时， 拉力也 随之增大 ， 致使被拉材料 自行剪开并在拉模 人 口表成

8、一变形死区( 图5 ) 。靠近拉模人1：3 的金属不是 向前流 动， 而是粘尉在拉线模 内 侧并形成新的沟槽。 在过渡区， 通往死区的没 有缺陷的金属流量能引起线材内部撕裂并导 致杯锥状断裂。 一 23 正常运 行 、死区 的形成 铜屑 i F1 = = = ； ! L 于 ， 一 一 中 向断裂 拉模角 图 5 拉模 角、 拉力 及死区间的关系 引起杯锥状断裂既有 内因又有外因。内 反拉力影响最大 。 反拉力从零 向最高增长， 而 因是材料 本身的缺陷， 诸如脆性 、 偏析、 污染 静液压应力值却只增长了 3 O 无论是变形 以及线材中氧化亚铜颗粒的聚集 ， 这是 由铸 区的长度还是线材尺寸

9、都对塑性 区的静液压 锭过程中的宏观气孔呈显微颗粒 ( 熔渣、 耐火 材料 ) 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上升。 外因有： 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。拉模 中润 滑液不足往往 引起在拉模人 口形 成磨 损环 。 该磨 损环作为一种润滑障碍特影响并加剧了 线材与拉模间的摩擦 。 J e n n i s o u指 出， 模孔 形状合适 时也存在 杯锥状断裂， 这 归因于连续运行的拉线设备 滑动不够 ， 导致拉丝模前后的金属流量不相 等。 因而， 加在线材上的拉应力不平衡而导致 断裂 。 当材料 内部形成裂纹并被

10、充分拉直时 ， 线材内部裂纹终止长大 ， 因而拉应力得 以平 衡 。 静液压应力峰值随反拉力、 变形程度、 摩 擦系数 以及拉模角等值的增长而增长 ， 其中， 一 2 4 一 应力产生重大影响 为防止杯锥状断裂 ， 有两种解决办法 ： 改 良线材， 降低变形区的静液压应力 变形程度 过高或过低都会促使标锥状断裂的形成。拉 模角较小及截面收缩较大可以减少杯锥状断 裂的发生。 4 三角口引起断线 - 三 角 口是指线 材表面呈尖 角状 的裂缝 ( 图 6 ) 。 这种缺陷呈直线排列 ， 角尖指向拉伸 方 向， 其范围可延伸至 1 米。三角 口的 v 形 并不总是很 明显 ， 随着变形程度及模 孔形

11、 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 。纵 向研 磨可以看到线材表面下的裂纹 三角口断裂 面通常与线材轴向成 4 5 。 角而无截面收缩。 这往往导致脆裂。 进线不直或模孔形状不合适会引起变形 不均并导致过大的线材表面应力与拉伸方 向 平行 。 这样 ， 便形成了与应力轴线垂直的显微 裂缝 ( 横向裂缝) ， 并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 。 拉伸方 向 “ 三角口长大 一一： 一 三角口引起临界增长 图 7 进线不直引起三角 口 在 常规的线材( 铸锭 ) 生产

12、中， 线 材表面 氧化物高度集 中促进 了三角 口的形成。由于 铸锭表面空气冷凝停止， 便引起氧的富集， 渗 入铸锭深度约 3 mm并生成铜一氧化亚铜共 晶体。 根据冷凝表面 的分布情况来看， 这取决 于铸造冷凝 及轧制过程， 线 材或多或少要受 三角口的影响。 而对连铸铜而言， 除非含氧量 高于 6 0 0 p p m， 这种缺陷不会发生。 在 良好的拉丝条件下不会出现三角口， 是物理方面的不良因素导致此缺陷。首先是 模孔形状不合适， 如拉模工作区角度不对， 锥 角太小甚至没有， 进、 出口区角度不对 。 另外， 因线模偏斜而使进线不直或被拉线材弯曲也 会 引起三角 口。 J e n n i

13、 s o n认为， 尖角状表面缺 陷是 由于拉模导向装置不够长， 模 孔中心线 与拉线中心线不重台所致。 因此， 在导向装置 往返运动时， 振动加剧， 引起线材断裂( 图 7 ) 。因而， 三角口并不是在整根线材上都有， 而只存在于某一段。 J e n n i s o n认 为： 改变铜氧 化物的分布可避免此种缺陷。 T e l l e r提 出了一种解决方 法， 那就是 对 配模及模孔形状进行检测 与修正 。在拉制铜 线时 ， 视 线材的直 径而定， 拉模锥角为 1 6 2 O 。 ， 而定径 区长度 为模 孔直径 的 0 2 0 3 倍。J e n n i s o n还建议 ， 在拉模 口

14、设 一导 向装 置。这样 ， 便使线材与拉模同心 ， 因而避免了 线材的振动。 Wr i g h t 提 出了一个 防范措施 ， 就是提 高 润滑效果 ， 控制粘附一滑动性能。 粘附一滑动 造成局部应力猛烈增加 。在线材全部遭破坏 之前 ， 仔细观察每一生产阶段的线材表 面质 量以便识别三角 口标志是极为重要的。 5 杂质引起断线 图 8所示为杂质引起 的断线 示意图。杂 质通常嵌入断裂面。线材 的截面收缩随杂质 的直径与位置而定。由于在断裂面找不到杂 质 的主体部 分， 故英 文称此种 断裂型式 为： i n c l u s i o n a b s e n t 或 h o l l o w e

15、 n d 。 一个具有特性 的表面粗糙的气孔表明这是断裂面。断裂面 富集外来杂质。在电子扫描显微镜下可以看 到这种微裂缝。 这是在拉模工作区变形期间 ， 由于各种拉力及其他料流所产生的杂质形成 的。 一定的材料缺陷明显引起线材尺寸缩小 ， 因而， 杂质大小与线径的比例增大， 但与截面 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。 在断线情况下 ， 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 。图 9所示为含杂质线材的拉制过程。杂 一 2 5 质A通过拉线模时， 不产

16、生显微裂缝；杂质 B被带人 线材 内层 ， 在拉模过渡 区形成显微 裂缝。 二 二 二 图 8 杂质 I 起 断裂 这种断裂是 由杂 质造成 的 ， 杂质与线径 有关 这主要关 系到铁粒子， 铁粒子形状不规 则 。 从其外表看 ， 在拉拨时被拉直或断裂。 这 一 缺陷永远也改变不 了它在线材中的相对位 置 。 线材 内部的杂质来源于铸造， 而线材表面 的杂质来源于轧制 。 在铸造前铜水被污染， 在 熔液冷疑时， 外来杂质进入铸锭里。 杂质也可 能在冷凝之后进入线材里。轨制时磨损的金 属微粒， 如铜屑可能压人线材表面。违规运 输、 存放及加工也能引起杂质进入线材。 杂质 的另一个来源便是过滤不良的润滑液或磨损 的拉线轮。 如果拉线轮用陶瓷代替， 则在进一 步 的拉丝过程中， 二氧化硅或氧化铝粒子可