拉丝过程中常见的断线的问题与分析（上篇）

 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。