鋼絲拉絲脆斷原因分析之二

1、鋼絲拉絲脆斷原因分析之二一、夾雜物引起斷裂線材屮非金屬夾雜物的存在，破壞了組織的連續(xù)性，起到了一個(gè)顯微裂紋的作用。當(dāng)受到外力 作用吋，在夾朵物的頂端首先產(chǎn)生附加的應(yīng)力集中。尤其在原奧氏體品粒交界處出現(xiàn)的大塊狀、條 狀或片狀碳化物，這些異常碳化物在材料冷變形時(shí)，嚴(yán)重地阻塞了位錯(cuò)的移動(dòng)，致使該處產(chǎn)生應(yīng)力 集中。當(dāng)應(yīng)力集中達(dá)到一定大小時(shí)便會(huì)使碳化物開(kāi)裂，或在碳化物與基體交界處產(chǎn)生裂紋。當(dāng)裂紋 達(dá)到失穩(wěn)狀態(tài)尺寸，地瞬時(shí)產(chǎn)生斷裂。非金屬夾雜物的多少是衡量簾線鋼質(zhì)量高低的一個(gè)重要因素。在用sem對(duì)斷口進(jìn)行分析的過(guò)程 屮，經(jīng)常'發(fā)現(xiàn)非金屬夾雜物。在典型的杯錐狀斷口上有吋候就能發(fā)現(xiàn)夾雜物，sem表明大

2、多為三氧 化二鋁夾雜或其它高熔點(diǎn)脆性?shī)A雜物。其避免主要是通過(guò)精煉，使夾雜物變?yōu)樗苄缘腿埸c(diǎn)夾雜物。脆性?shī)A雜物是引起鋼絲斷裂的重要原因之一，而夾雜物引起斷裂分為以下幾種形勢(shì)：1、夾雜物與鋼基體z間界面脫開(kāi)拉仲過(guò)程屮，在夾雜物周圍的局部加劇了應(yīng)力集屮；裂紋優(yōu)先在與拉應(yīng)力垂直的夾雜物與基體 的界面產(chǎn)生并沿著夾雜物與鋼基體界面擴(kuò)展，致使夾雜物與基體界面脫開(kāi)。2、夾雜物本身開(kāi)裂由于脆性較矮雜物木身具有缺陷，在拉伸過(guò)程屮，在缺陷處產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集屮，由于局部應(yīng) 力升高而導(dǎo)致夾雜物本身開(kāi)裂。3、混合開(kāi)裂鋼中非金屈夾雜物的形狀、分布是沒(méi)有規(guī)律的，因此夾雜物在鋼中引起裂紋也是隨機(jī)性的，取 決于夾雜物的性質(zhì)、尺寸、

3、形狀及分布，對(duì)于同類型的夾雜物，由于形狀、分布和受力方向不同， 往往產(chǎn)生斷裂的情況也不盡相同，有時(shí)兩種斷裂方式同時(shí)存在，有時(shí)兩種斷裂方式交替進(jìn)行。4、沿 兩種不同類型夾雜物的相界開(kāi)裂鋼中經(jīng)常出現(xiàn)兒種夾雜物和共生在一起的復(fù)合夾雜物，由于各類夾雜物z間的力學(xué)性能和物理 性質(zhì)不同，相界結(jié)合力較弱，在拉應(yīng)力作用下容易從相界開(kāi)裂。二、偏析引起的鋼絲斷裂在一定程度上，中心偏析對(duì)鋼絲拉斷的危害必脆性?shī)A雜物。因?yàn)槠鲈诟蟪潭壬嫌绊懥虽摻z 的延伸性，從而使塑性變形不能在存在偏析的地方產(chǎn)生。在鋼絲最初的拉拔過(guò)程中偏析導(dǎo)致小的裂 紋的出現(xiàn)，等進(jìn)入了最終拉拔時(shí)就導(dǎo)致了人字形斷口 (chevroncracks)在連鑄

4、過(guò)程中減少中心偏析的途徑有以下兒個(gè)：1、中心偏析隨著中包過(guò)熱度的降低而降低，因此中包的鋼液溫度應(yīng)該盡可能的低；2、在結(jié)品器和二冷安裝電磁攪拌。結(jié)品器的電磁攪拌能夠減少中心偏析的程度和范圍。電磁攪 拌同樣口j改善v形偏在鑄坯中心的存在；3、盡可能的降低拉速，能夠減輕屮心偏析程度。三、馬氏體組織造成拉拔脆斷硬線屬高碳鋼，控制冷卻時(shí)，若冷卻時(shí)間太短，對(duì)鋼材不起作用；若冷卻時(shí)間太長(zhǎng)，就容易引 起脆斷。在斯太爾摩控制冷卻上，穿水冷卻是奧氏體急速過(guò)冷階段。它的目的是控制具有高形變能 壓扁的奧氏體晶粒長(zhǎng)大和保留加工硬化的效果，為吐絲溫度和后部風(fēng)冷段控制做準(zhǔn)備。軋制硬線錯(cuò) 誤的指導(dǎo)思想是，企圖使線材表面淬成馬

5、氏體，然后通過(guò)心部自回火方式形成回火馬氏體。如果這樣，在高速的軋制下線材表面得不到充分白回火，難免出現(xiàn)馬氏體殘余。因?yàn)榫€材直徑只有5. 5mm, 最大也只有9nnn,它的斷面小，形變潛能也小，所以冷卻不能過(guò)急，宜控制在0. 30.6s,使線材表 而溫度始終在ms以上（高于400°c）,以防止表面淬成馬氏體。硬線的散卷風(fēng)冷相當(dāng)于“等溫”處理 階段，它的目的是控制鋼屮以索氏體為主的組織，以利于提高拉拔性能。要求組織屮鐵素體可能少 且以塊狀均勻分布，而非網(wǎng)狀析出，因而也應(yīng)采用快速冷卻方式。但若冷卻速度過(guò)快，也會(huì)產(chǎn)生貝 氏體或馬氏體組織。尤其對(duì)于有合金元素偏析的鑄坯，冷卻速度達(dá)25°

6、;c/s就容易產(chǎn)生馬氏體。因此, 冷卻速度宜為615°c/s,使奧氏體分解轉(zhuǎn)變?cè)诮咏點(diǎn)ct曲線的鼻尖進(jìn)行。對(duì)大直徑線材，可選擇 高的初始冷卻速度，因?yàn)橹睆皆龃?，隨體積增加的熱焰量比表面所失去的熱量要大，有促使先共析 鐵素體增加，珠光體組織長(zhǎng)大z趨勢(shì)。高碳馬氏體既硬又脆，沖擊吸收功很低，斷后伸長(zhǎng)率和斷面 收縮率幾乎為零。同時(shí)，馬氏體的比容比奧氏體大，當(dāng)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)鋼的體積增大。由于 馬氏體轉(zhuǎn)變的不均勻性，這種體積變化將引起很大的內(nèi)應(yīng)力，使鋼發(fā)生變形，成為裂紋的根源。這 樣，在拉拔力或其它外力的作用下，易引起應(yīng)力集中而使硬線脆斷。四、嚴(yán)重脫碳層造成拉拔脆斷線材的脫碳層直接影響著硬

7、線的拉拔，對(duì)高碳硬線來(lái)說(shuō)，嚴(yán)重的脫碳層好像一個(gè)缺口，不但承 受面積小，應(yīng)力增大，而口由于突然縮頸，容易引起應(yīng)力集中導(dǎo)致拉絲脆斷。通過(guò)脫碳層深度超標(biāo) 而使硬線脆斷的試樣斷口觀察和試樣金相分析，發(fā)現(xiàn)有裂紋和組織兩個(gè)重要特征。第一，硬線表面 均存在白色長(zhǎng)條，英屮平行地分布著橫裂紋，冇的橫裂紋已深入基體。因此，碩線的斷線是由于它 表層長(zhǎng)條區(qū)內(nèi)的橫裂紋擴(kuò)展而引起的。白色氏條區(qū)是全脫碳形成的鐵素體組織，它是組織中的薄弱 環(huán)節(jié)。第二，硬線組織不是所要求的以索氏體為主的組織，而是網(wǎng)狀鐵素體和粗片狀珠光體。網(wǎng)狀 鐵素體的存在會(huì)導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度下降，拉拔吋承受變形能力差;粗片狀珠光體的存在也會(huì)導(dǎo)致硬線塑韌 性及拉拔能

8、力的降低。這兩種組織是由于加熱溫度過(guò)高、加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，鋼的相變溫度偏高，過(guò)冷 度小而析出的，是脫碳的而沿產(chǎn)物。此外，硬線隨拉拔變形程度的加大，加工硬化程度也增大，網(wǎng) 狀鐵素體和粗片珠光體的存在又增加碩線的脆性。當(dāng)碩線拉拔時(shí)，由于脫碳層產(chǎn)生橫裂紋，而鄰近網(wǎng)狀鐵素體和粗片狀珠光體又不能有效地阻止裂紋的擴(kuò)展，且受到拉拔、收盤(pán)的扭絞力共同作用， 部分碩線即刻脆斷。因此，鑄坯加熱溫度愈高，加熱時(shí)間愈長(zhǎng)，爐內(nèi)漏氣或其他不正常因素愈多， 脫碳會(huì)愈嚴(yán)重，從部分脫碳到全脫碳，使鋼失去更多的碳。為了防止脫碳，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)章制度， 對(duì)不同鋼號(hào)和規(guī)格鋼坯及時(shí)調(diào)整加熱溫度，提高工作的責(zé)任感。從控制脫碳優(yōu)化氧化鐵皮的角度

9、考 慮，爐內(nèi)應(yīng)保持一定氧化氣氛，可形成薄的氧化鐵皮，阻止鋼坯表面繼續(xù)脫碳。在預(yù)熱段應(yīng)緩慢加 熱(至850°c, 2h),并有合適的保溫。鋼坯在850°c1050°c吋，由于脫碳有向拋物線頂點(diǎn)發(fā)展的趨 勢(shì)，應(yīng)嚴(yán)格控制加熱吋間不超過(guò)30min,并要盡理縮短均熱段保溫吋間。五、其它非冶金原因關(guān)于鋼絲拉拔時(shí)的斷絲，1984年zccvzimcrman和rovcrj. henry對(duì)此作了探討。他們對(duì)鋼簾線 用鋼絲在水箱拉絲機(jī)上拉拔時(shí)斷口用sem進(jìn)行分析，觀察到拉拔斷口大部分成杯錐狀。并指岀，鋼 絲拉拔時(shí)，表面層金屬比心部金屬變形大，這引起表面層金屬沿長(zhǎng)度方向受壓應(yīng)力而屮心部分

10、受拉 應(yīng)力，當(dāng)此拉應(yīng)力過(guò)大時(shí)致使在中心部位產(chǎn)生中心破裂，即形成v型裂紋或人字形裂紋。并認(rèn)為這 種v型裂紋是拉拔斷絲成為大量杯錐狀斷口的原因。雖然zeevzimerman和rovertj. herry對(duì)此研究 得很詳細(xì)，但是未能考慮后面工序中的捻制斷絲問(wèn)題，未能指出兩種杯錐狀斷口的內(nèi)在聯(lián)系。1981 年，eddyg. demeyere在研究高低碳鋼的夾雜物對(duì)鋼絲拉拔時(shí)的可加工性能和機(jī)械性能的影響時(shí)，曾 指出，在鋼絲拉拔到0.25mm過(guò)程屮，很少或根本沒(méi)有發(fā)現(xiàn)由于夾雜物引起的斷絲更令人驚奇的是, 即使50um大的零星存在的夾雜物也未能造成拉拔斷絲，而主要是由丁表而缺陷或過(guò)在造成的斷絲。 他說(shuō)，這種情況與簾線捻制時(shí)不同，由于在捻制時(shí)鋼絲受到