拉拔过程中钢丝断裂的影响因素(一)
  发布时间:2014年06月12日 点击数:

  钢帘线拉拔及合股过程中的断裂问题是影响生产的主要问题,引起钢丝在拉拔及合股过程中断裂的因素十分复杂,国内外冶金工作者对此进行了大量的研究工作。结合国内外学者的分析,从钢丝在拉拔过程中断裂时断口的形态,可以将断口分为两大类:延性断裂断口和脆性断裂断口。
  1) 延性断裂断口的三种形状的断口
  (1)最为常见的是尖杯状断口。这种断口的两端一端呈中心锥形,另一端呈中心孔洞且一般都很深,有些断口两端呈对偶性,断口边部无收缩。大部分学者认为是由于中心偏析所致,在热处理过程中形成网状铁素体加珠光体组织,使钢丝的强度,塑性差,从而产生拉拔自断。
  (2)劈裂状断口。特征是沿钢丝中心的劈裂。主要是由于原料中心疏松和缩孔引起的,此外在浇注和轧制过程中形成的裂纹也容易造成这种断裂。
  (3)拉伸断口。这种断口是进行拉拔实验过程中正常断裂时的断口形态,通常可分为三个区域:纤维区,放射区和剪切唇,这是断口特征的三要素。金属在拉伸时不断发生塑性变形,开始是均匀伸长,然后在某一部位上产生缩颈,其缩颈的中心部位最先开始分离,最后在颈缩的边缘部分沿与拉伸轴成45度角的方向被切断,其中心区域呈现纤维状形貌特征。断口的边缘为切断区域,具有金属光泽,呈灰色鹅毛状,表面较光滑,通常称为剪切唇。纤维状区域与剪切唇区域之间,还存在着一个具有脆性特征的放射区域。
  2) 脆性断裂断口两种形状的断口
  (1)平齐颗粒状断口。这种断裂类型的特征是断口较平齐,呈颗粒状,并且在中心或偏离中心的区域呈撕裂纤维状,多是由于盘条上非金属夹杂物引起的。
  (2)斜凹状断口。这种断口主要是由于浇铸过程中形成的内部缺陷气孔以及夹杂物造成的。
从断口的形态的分类可以看出,影响钢丝在拉拔过程中断裂的因素是复杂多样的,不同的影响因素及其组合造成了不同的断口形态。影响钢丝脆断的因素:一是铸坯的冶金质量(包括钢的化学成分、纯度、显微组织,内部及外部缺陷)。二是轧制过程、热处理及冷加工变形工艺。针对化学冶金存在的质量因素,国内外学者都对钢的夹杂物和内部组织即中心偏析进行了比较详细的分析和研究,提出了很多改善方法和建议,并且提出了一些在线检测的方法。对于炼钢来说,对铸坯质量的要求主要包括3个方面:表面质量、内部质量及化学成分。
  经过多年对拉丝断裂的样品进行分析,发现80%的断丝属尖杯状断裂。钢材抽丝时,表面承受压应力,中心受拉应力,当中心部分的变形性比周围差易产生孔洞,孔洞横向连结生长并沿着剪切斜面传播而断裂。造成尖杯状断裂的因素大致可分为(1)中心偏析与孔洞;(2)非金属夹杂物的含量、大小、形状与分布;(3)珠光体组织与奥氏体的晶粒差异;(4) Al、N、C含量;(5)轧制工艺的操作情况。
  夹杂物引起的断裂
  线材中非金属夹杂物的存在,破坏了组织的连续性,起到了一个显微裂纹的作用。当受到外力作用时,在夹杂物的顶端首先产生附加的应力集中。尤其在原奥氏体晶粒交界处出现的大块状、条状或片状碳化物,这些异常碳化物在材料冷变形时,严重地阻塞了位错的移动,致使该处产生应力集中。当应力集中达到一定大小时便会使碳化物开裂,或在碳化物与基体交界处产生裂纹。当裂纹达到失稳状态尺寸的瞬时产生断裂。
  非金属夹杂物的多少是衡量帘线钢质量高低的一个重要因素。在用SEM 对断口进行分析的过程中,经常发现非金属夹杂物。在典型的杯锥状断口上有时就能发现夹杂物,SEM研究表明大多为三氧化二铝夹杂或其它高熔点脆性夹杂物。避免产生这类夹杂物主要是通过精炼,使夹杂物变为塑性低熔点夹杂物。
脆性夹杂物是引起钢丝断裂的重要原因之一,夹杂物引起的断裂分为以下几种情况:
  (1)夹杂物与钢基体之间界面脱开
  拉伸过程中,加剧了夹杂物周围的局部应力;裂纹优先在与拉应力垂直的夹杂物与基体的界面产生并沿着夹杂物与钢基体界面扩展,致使夹杂物与基体界面脱开。
  (2)夹杂物本身开裂
  由于脆性夹杂物本身具有缺陷,在拉伸过程中,在缺陷处产生严重的应力集中,由于局部应力升高而导致夹杂物本身开裂。
  (3)混合开裂
  钢中非金属夹杂物的形状、分布是没有规律的,因此夹杂物在钢中引起裂纹也是随机性的,取决于夹杂物的性质、尺寸、形状及分布,对于同类型的夹杂物,由于形状、分布和受力方向不同,往往产生断裂的情况也不尽相同,有时两种断裂方式同时存在,有时两种断裂方式交替进行。
  (4)沿两种不同类型夹杂物的相界开裂
  钢中经常出现几种夹杂物相共生在一起的复合夹杂物,由于各类夹杂物之间的力学性能和物理性质不同,相界结合力较弱,在拉应力作用下容易从相界开裂。
 

                     ——本文摘自文献综述
 

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