冷拔钢丝断口分析

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摘要：从矫直轮上脱落的硬质合金粘附在钢丝表面，拉拔过程中被压入到钢丝表面。随着总压缩量的进一步增大，致使钢丝拉拔断裂，形成了表面带“半圆锥体”形缺口的断口。分析了形成此类断口的原因和机理。

关键词：半圆锥体 硬质合金 断口

前沿：

近来，钢帘线企业间的竞争越来越激烈，因而产品的质量和成本控制就越显得重要。钢帘线作为子午线轮胎中主要补强材料，生产过程中断丝对产品质量和生产效率、成本带来严重影响，这一直困扰着钢帘线企业。国内外已经对钢帘线生产和使用过程中的断丝做了大量的研究工作，Muharrem Yilmaz[1]分析了钢帘线在使用和生产过程中的各钟失效类型及形成原因；靳庆峰[2]认为脆性夹杂物是导致拉拔断丝的主要原因；刘世仁[3]分析了夹杂物和偏析是引起高碳钢线材在拉拔过程中产生杯椎状断口主要原因。在钢帘线生产的某一个阶段，发现了一种表面共有“半圆锥状”缺口类型的断口，此类型的断口在以往的文献中介绍很少，本文对此类断口形成原因及其形成机理进行了分析和讨论。

1 、实验材料及方法

使用A盘条拉拔0.15规格的单丝，收集了湿拉拉拔生产过程中的所有断口，用扫描电子显微镜对其分析，见表1。如果断口被污染，断口样品需用超声波清洗机清洗。

2、 结果及分析

2.1断口形貌及分析

这些断口的表面存在“半圆锥体”形状缺口，大部分是由外来硬块引起的断丝，其断口的断裂起始位置形貌相似，其断口形貌主要分三种：

第Ⅰ类：大块硬质合金残留在断口上

第Ⅱ类：断口中没有硬质合金颗粒，但残留有硬质合金颗粒，还有Cu、Zn存在，且在断口附近含硬质合金颗粒。

第Ⅲ类：Ti 夹杂，根据Ti夹杂的形态，形成的断口形貌及位置也不同，如果Ti夹杂存在钢丝中心，而且近球形的颗粒，那么断口形态可能为“椎”状。

2.2断丝原因分析

对我厂的硬质合金部件做成分及可能的失效分析。分析了各类硬质合金过丝件成分，其中只有预处理矫直轮是以Co+Ni为粘结剂的硬质合金。使用矫直轮组来矫直Ф5.5mm的钢丝，运行一段时间后，一部分矫直轮轮子槽面会出现裂纹，甚至剥落。

当钢丝通过剥壳轮时，机械去除氧化皮，同时经受弯曲扭转变形，钢丝温度急剧升高。在钢丝经过矫直轮过程中，矫直轮受到行进钢丝的摩擦力、接触应力和切应力。高温下，硬质合金中Co与铁黏着在一起， Co慢慢被消耗，WC晶粒或晶粒团散开 [4]，形成表面裂纹。当矫直轮上存在较多沙眼或裂纹或η相时，粘附作用更明显，在矫直轮表面容易形成大裂纹，使用寿命急剧缩短。脱落的硬质合金颗粒被钢丝带入到下道工序，干拉拉拔过程中，块状的硬质合金被压入到钢丝表面。随后，硬质合金被带入到湿拉拉拔工序，随着钢丝被拉细，此时硬质合金的对产品的危害才显现出来，导致拉拔过程中钢丝断裂。

因此，加强了矫直轮的入库检验及过程过程控制。

3、 断口机理分析

温景林[5]认为：在拉拔过程中，钢丝表层的变形比心部要大，外层金属受到比中心层较大的剪切变形和弯曲变形。由于钢丝表面受到摩擦作用，使得钢丝在表层的金属沿轴向流速较中心层慢。因此，在变形过程中，钢丝外层产生附加拉应力，中心层则出现与之平衡的附加压应力。当表面存在硬质合金时，由于硬质合金是不变形的，在硬质合金周围产生应力集中[6]，拉拔时在钢丝表面产生V字形的裂纹，随着压缩率的增加，其应力集中越明显，断丝的风险越大。此外，这种应力集中为压应力，对拉拔模子也存在危害。

在初始拉拔过程中，粘附在Ф5.5mm钢丝表面的硬质合金被压入到钢丝表面，随着拉拔的进行，在硬质合金周围形成“V字形”的缺陷，见图5左边图。最后当钢丝在湿拉拉拔时，随着压缩率的增加，在硬质合金周围应力集中越大，直至钢丝不能承受进一步的拉拔而断裂。图5左边图中上部分中“V字形”缺陷，受到模子的挤压作用而被拉长，形成折叠。而图5左边图中下部分则形成近表面圆锥状的空洞。在断丝时，图1右边图 B部分的断口被收入到工字轮上，大部分被破坏，而硬质合金则可能留在A 部分断口上。就这样，以A部分断口来命名此类断口：表面带 “半圆锥体”缺口的断口。

4 、结论

在表面有“半圆锥体”状缺口的断口的形成原因：矫直轮中的硬质合金脱落，粘附在钢丝表面，干拉拉拔过程中，在钢丝表面形成“V字形”的裂纹，湿拉拉拔过程中，随着压缩率的加大，硬质合金处应力集中急剧增大，最终钢丝断裂。

参考文献：

[1]Muharrem Yilmaz， et al. Failures during the production and usage of steel wires[J].Journal of Materials Processing Technology ，2006， 171，232239..

[2]靳庆峰等.高碳钢拉拔过程断面分析[J].钢铁钒钛，2005， 2 6 （ 1） .

[3] 刘世仁等.冷拔钢丝杯锥状断裂的研究[J]. 江苏冶金，2 0 0 1，3 ，12-14.

[4] Sébastien Hollinger， et al.Wear mechanism of tungsten carbide dies during wet drawing of steel tyre cords[J].Wear， 2003，255，12911299.

[5] 温景林主编.金属挤压与拉拔工艺学[M].东北大学出版社，159-197.