鋼簾線拉拔及合股過程中的斷裂問題是影響生產的主要問題,引起鋼絲在拉拔及合股過程中斷裂的因素十分復雜,國內外冶金工作者對此進行了大量的研究工作。結合國內外學者的分析,從鋼絲在拉拔過程中斷裂時斷口的形態,可以將斷口分為兩大類:延性斷裂斷口和脆性斷裂斷口。
1) 延性斷裂斷口的三種形狀的斷口
?。?)最為常見的是尖杯狀斷口。這種斷口的兩端一端呈中心錐形,另一端呈中心孔洞且一般都很深,有些斷口兩端呈對偶性,斷口邊部無收縮。大部分學者認為是由于中心偏析所致,在熱處理過程中形成網狀鐵素體加珠光體組織,使鋼絲的強度,塑性差,從而產生拉拔自斷。
?。?)劈裂狀斷口。特征是沿鋼絲中心的劈裂。主要是由于原料中心疏松和縮孔引起的,此外在澆注和軋制過程中形成的裂紋也容易造成這種斷裂。
(3)拉伸斷口。這種斷口是進行拉拔實驗過程中正常斷裂時的斷口形態,通??煞譃槿齻€區域:纖維區,放射區和剪切唇,這是斷口特征的三要素。金屬在拉伸時不斷發生塑性變形,開始是均勻伸長,然后在某一部位上產生縮頸,其縮頸的中心部位最先開始分離,最后在頸縮的邊緣部分沿與拉伸軸成45度角的方向被切斷,其中心區域呈現纖維狀形貌特征。斷口的邊緣為切斷區域,具有金屬光澤,呈灰色鵝毛狀,表面較光滑,通常稱為剪切唇。纖維狀區域與剪切唇區域之間,還存在著一個具有脆性特征的放射區域。
2) 脆性斷裂斷口兩種形狀的斷口
?。?)平齊顆粒狀斷口。這種斷裂類型的特征是斷口較平齊,呈顆粒狀,并且在中心或偏離中心的區域呈撕裂纖維狀,多是由于盤條上非金屬夾雜物引起的。
?。?)斜凹狀斷口。這種斷口主要是由于澆鑄過程中形成的內部缺陷氣孔以及夾雜物造成的。
從斷口的形態的分類可以看出,影響鋼絲在拉拔過程中斷裂的因素是復雜多樣的,不同的影響因素及其組合造成了不同的斷口形態。影響鋼絲脆斷的因素:一是鑄坯的冶金質量(包括鋼的化學成分、純度、顯微組織,內部及外部缺陷)。二是軋制過程、熱處理及冷加工變形工藝。針對化學冶金存在的質量因素,國內外學者都對鋼的夾雜物和內部組織即中心偏析進行了比較詳細的分析和研究,提出了很多改善方法和建議,并且提出了一些在線檢測的方法。對于煉鋼來說,對鑄坯質量的要求主要包括3個方面:表面質量、內部質量及化學成分。
經過多年對拉絲斷裂的樣品進行分析,發現80%的斷絲屬尖杯狀斷裂。鋼材抽絲時,表面承受壓應力,中心受拉應力,當中心部分的變形性比周圍差易產生孔洞,孔洞橫向連結生長并沿著剪切斜面傳播而斷裂。造成尖杯狀斷裂的因素大致可分為(1)中心偏析與孔洞;(2)非金屬夾雜物的含量、大小、形狀與分布;(3)珠光體組織與奧氏體的晶粒差異;(4) Al、N、C含量;(5)軋制工藝的操作情況。
夾雜物引起的斷裂
線材中非金屬夾雜物的存在,破壞了組織的連續性,起到了一個顯微裂紋的作用。當受到外力作用時,在夾雜物的頂端首先產生附加的應力集中。尤其在原奧氏體晶粒交界處出現的大塊狀、條狀或片狀碳化物,這些異常碳化物在材料冷變形時,嚴重地阻塞了位錯的移動,致使該處產生應力集中。當應力集中達到一定大小時便會使碳化物開裂,或在碳化物與基體交界處產生裂紋。當裂紋達到失穩狀態尺寸的瞬時產生斷裂。
非金屬夾雜物的多少是衡量簾線鋼質量高低的一個重要因素。在用SEM 對斷口進行分析的過程中,經常發現非金屬夾雜物。在典型的杯錐狀斷口上有時就能發現夾雜物,SEM研究表明大多為三氧化二鋁夾雜或其它高熔點脆性夾雜物。避免產生這類夾雜物主要是通過精煉,使夾雜物變為塑性低熔點夾雜物。
脆性夾雜物是引起鋼絲斷裂的重要原因之一,夾雜物引起的斷裂分為以下幾種情況:
?。?)夾雜物與鋼基體之間界面脫開
拉伸過程中,加劇了夾雜物周圍的局部應力;裂紋優先在與拉應力垂直的夾雜物與基體的界面產生并沿著夾雜物與鋼基體界面擴展,致使夾雜物與基體界面脫開。
(2)夾雜物本身開裂
由于脆性夾雜物本身具有缺陷,在拉伸過程中,在缺陷處產生嚴重的應力集中,由于局部應力升高而導致夾雜物本身開裂。
?。?)混合開裂
鋼中非金屬夾雜物的形狀、分布是沒有規律的,因此夾雜物在鋼中引起裂紋也是隨機性的,取決于夾雜物的性質、尺寸、形狀及分布,對于同類型的夾雜物,由于形狀、分布和受力方向不同,往往產生斷裂的情況也不盡相同,有時兩種斷裂方式同時存在,有時兩種斷裂方式交替進行。
?。?)沿兩種不同類型夾雜物的相界開裂
鋼中經常出現幾種夾雜物相共生在一起的復合夾雜物,由于各類夾雜物之間的力學性能和物理性質不同,相界結合力較弱,在拉應力作用下容易從相界開裂。
——本文摘自文獻綜述