江苏科技大学-实验四：拉拔制品缺陷实验

发热的影响因素

发热与钢丝直径的平方成正比,直径越大发热量增加越大; 发热与钢丝的抗拉强度、拉拔速度成正比,拉拔前的抗拉强度越 高,拉拔速度越快,发热量越大; 钢丝的部分压缩率越大,发热量越大,内能增加越大; 拉丝模、卷 筒冷却条件好,钢丝表面涂层、润滑好,则发热减少。
防止发热的措施 钢丝拉拔热是客观存在、不可避免的,为控制和减少钢丝拉拔工 程中的发热,一般都采取增加拉拔道次,减小部分压缩率,降低拉拔速 度,改善冷却、润滑条件等措施 钢丝应变时效是温度和时间的函数,要在短时间内散掉钢丝拉拔 热,最有效的方法是采用钢丝直接水冷方式。
原料热处理用在部分中高碳钢丝及合金钢丝的生产中，目的主要是改 善盘条的组织及其不均匀性并消除内应力以提高盘条的塑性及冷拔性能。 中间热处理是对钢丝半成品即中间线坯进行的热处理，主要目的是消 除冷拔过程中产生的加工硬化，恢复线坯的塑性，以利于进一步拉拔。 成品热处理在成品拉拔后进行，作用是使产品达到规定的组织与性能。
990～lll0
1020～1140 ≥25％ 1040～1160 1060～1180 1080～1200
970～1090
1000～1120 ≥25％ 1020～1140 1040～1160 1060～l180
原材料对拉拔质量的因素
表面质量：盘条表面质量是钢丝生产的先决条件。若盘条表面质量不好, 生产条件再好, 也生产不出高质量的钢丝成品。 晶粒度和组织：盘条晶粒度和组织状态直接影响线材的热处理周期和工 艺性能。
2 钢丝在拉拔缺陷
钢丝在拉拔过程中的主要事故有：

发热 断裂 表面缺陷
（1）发热
现象：钢丝拉拔时,受到变形热及摩擦热的作用而被加热,特别是连续 拉拔时,逐道次热量的不断积累,可使钢丝加热到比较高的温度
影响：钢丝发热而产生应变时效,会显著降低钢丝的力学性能,特别是 对钢丝扭转值的影响更大。 应变时效：拉拔发热造成强度增高、塑性下降、拉拔脆断、扭转开 裂和变形不均匀的现象
裂纹
裂纹 产生原因： 盘条本身存在裂纹而遗传给钢丝； 拉拔时产生应力裂纹：在钢丝的裂纹处的横向金相试样可以观察 到，肉眼观察通称的裂纹有三种情况：第一种实为折迭：第二种实 为划伤；第三种才是真正的裂纹。其中主要的是折迭和划伤，真正 的裂纹很少。
（3）预防表面缺陷的措施

加强工艺管理，尽可能避免由于工艺因素而产生的缺陷，如麻 点、麻坑、划伤和横裂等； 加强原材料的进厂检验，尽量选择表面缺陷少和缺陷深度浅的 热轧盘条； 对于质量要求较高的钢丝，可用扒皮机去除盘条的表面缺陷而 后拔制，以减少或消除钢丝的表面缺陷

（9）拉丝
拉丝：在拉丝机卷筒即绞盘的牵引下，盘条或中间线坯通过拉丝模 模孔变形，达到减小断面改变形状以获得尺寸、形状、性能和表面 质量都合乎要求的钢丝。 钢丝的拉拔通常要进行多个道次，道次减面率约在10%～40% 之间； 钢丝的抗拉强度总是随着总压缩率的增大而升高的,同时随着抗 拉强度的增加,其屈服极限和弹性极限也增高,相应地,钢丝的延伸率 和断面收缩率则下降； 平均部分压缩率和拉拔道次对钢丝的成品强度的影响 ,也就是说 在相同的总压缩率的条件下,平均部分压缩率提高(减少拉拔道次) 会 使成品强度有所提高,但对弯曲、扭转值有所降低。 部分压缩率是在总压缩率不变的情况下,拉拔道次和压缩量的大小。 一般低碳钢丝的部分压缩率为15 %～35 %,中碳钢丝的部分压缩率 为10 %～30 %。 部分压缩率的确定要考虑以下一些因素:线材的含碳量、制品的机械 性能、拉拔速度、金属硬化和拉拔道次等。在具体分配部分压缩率 时,一般第一道应偏小,第二道最大,然后逐步减小。
0.73～0.78 0.12～0.32 0.30～0.60 0.73～0.78 0.12～0.32 0.60～0.90 0.75～0.80 0.12～0.32 0.30～0.60 0.75～0.80 0.12～0.32 0.60～0.90 0.78～0.83 0.12～0.32 0.30～0.60 0.78～0.83 0.12～0.32 0.60～0.90 0.80～0.85 0.12～0.32 0.30～0.60 0.80～0.85 0.12～0.32 0.60～0.90
尺寸精度：尺寸精度高、椭圆度小, 可保证拔制道次满足工艺规程要求, 减小拔制摩擦力, 降低模耗, 提高钢丝表面质主要包括去除盘条（初始态材料）或中间线坯表面的氧化铁皮
目的：防止拉拔时氧化铁皮损伤模具和钢丝表面，为后继的涂或镀 层处理准备良好的表面条件以及减小拉拔时的摩擦降低拉拔力。
产生原因：碳成分在局部严重偏析，使组织产生明显的区域差异性， 最终导致盘条在拉拔时因不同的显微区域变形量不协调而长生表面裂 纹。
横裂 形态：钢丝的表面肉眼可见的横向开裂，主要有三种形态：垂直于 钢丝轴向，分布较规律，裂口较整齐；呈人字形或舌状；与钢丝轴 向呈一定的交角，裂口排列呈搓衣板状。
横裂
产生原因： 冷拉时压缩率过大或拔制速度过快； 模具入口锥度太大，使变形区太短； 润滑条件不良好； 钢质和组织不良或有酸洗氢脆等
结疤 形态：结疤是钢丝表面上黄色的氧化疤和白色石灰疤的通称
结疤及三条裂纹 产生原因：盘条的表面翘皮或原料和半成品的氧化铁皮在冷前未除 掉，拔制时压进钢丝表面所致
。
龟裂 形态：龟裂的形状不太规则，类似龟背纹，裂口较大，深度一般不 超过1.0mm，严重的区域会造成钢材碎裂脱落，但是并不通条产 生，呈断续分布，裂区长度一般不超过200mm。龟裂的出现比 较的罕见，但是会使钢丝的合格率大幅下降。
（7）涂层处理
涂层处理：在经过清除氧化铁皮的盘条或中间线坯表面涂上一层牢固的由 本身具有一定润滑性能特别是拉拔时能有效地吸附和携带润滑剂 进入变形区的物质所形成的薄膜涂层。 涂层实质上是润滑剂的载体 涂层的目的：为拉拔创造良好的润滑条件，以减少拉拔过程中的摩擦和发热。
（8）热处理
热处理包含三个热处理过程：原料热处理、中间热处理、成品热处理。
折迭 形态：指沿钢丝拉拔方向呈直线状（也有呈曲线），外形粗看与裂 纹相似，有的呈锯齿状或翘起，连续或断续地出现在钢材的局部或 全长表面。在横断面上，折迭与钢材表面斜交，其裂缝边缘一般有 严重的脱碳现象，缝内常有氧化物杂质。
产生原因：钢锭或钢材表面凹凸不平或尖锐的棱角等，在拉拔 过程中迭附在钢材表面，或是在后续拉拔过程中跌合而成。
≤0.025
≤0.025 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.025
≤0.025
≤0.025 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.025
≤0.20
≤0.20 ≤0.20 ≤0.20 ≤0.20 ≤0.20 ≤0.20 ≤0.20 ≤0.20
裂纹 形态：平行于钢丝轴向的一条或多条开裂 第一种裂纹 ： 肉眼观察到的一条或多条平行于钢丝轴线的裂缝或黑 线，这与肉眼观察到的折迭有明显的区别，但横截面试样在显微镜 下观察，其与折叠的特征相同，因此，这种“裂纹”是为折迭。
第二种裂纹 ：宏观形貌与第一种裂纹完全相同，但在显微镜下观察却 相差很大。第一种裂纹往往伴有严重的脱碳和夹杂，端部较钝，一般 深度较深。第二种裂纹周围没有脱碳，也没有杂质，底部较秃，深度 较浅。产生的原因：盘条表面残留的划伤或在前道拉拔过程中形成的 划伤，在后道的拉拔过程中变成不见沟底的“裂纹”，因此，这种“裂纹” 实为划伤 第三种裂纹 ：肉眼观察多为一条细线状裂纹，在显微环境下观察， 裂纹端部尖锐，有继续深入基体的趋势，一般深度较深，这种裂纹缺 陷很少见。
实验四 拉拔制品缺陷分析
1
拉拔 品的塑性加工方法。
（1）拉拔：在外力作用下，使金属通过模孔以获得所需形状和尺寸制
一般在室温下进行，只有在室温强度高、 塑性差的合金如钨、锌等才加热； 拉拔是管、棒、型材的主要生产方法； 拉拔示意图 拉拔可以分为实心材拉拔、空心材拉拔，其中空心材拉拔又可分为空 拉、固定短芯头拉拔、游动芯头拉拔、长芯杆拉拔、顶管法、扩径拉拔
（3）表面缺陷
钢丝表面的各种缺陷，对钢丝的冷镦或在交变应力下服役的疲劳 寿命影响很大。 钢丝经热酸浸、吹干后，肉眼可见的表面缺陷基本形态为裂口、 裂纹、折迭、横裂、龟裂、划伤、麻点、麻坑、麻面、结疤、分层 和翘皮等。
麻点、麻坑、麻面 形态：在钢丝表面分别呈现为点状、坑状和凹状粗糙面
产生原因： 坯料上有麻点，因拉拔时总压缩率过小或拉拔道次少，未能消除掉 坯料或中间料停放时间过长，造成严重的锈蚀； 坯料或中间料在酸洗时，由于酸液温度、浓度过高，或酸洗时间过 长等原因而产生过酸洗，造成局部或全面的酸洗麻点或麻坑； 坯料或中间料在酸洗时，由于酸液温度、浓度过低，或酸洗时间过 短等原因而产生欠酸洗，使氧化皮未完全除掉，残留的氧化皮经拔 制压入表面，然后脱落所致；
钢丝用热轧盘条力学性能
力学性能 牌 号 抗拉强度 δb/MPa 960～1080 断面收缩率妒 抗拉强度δb 断面收缩率 ψ(％) ψ(％) ／MPa 直径10.5～13.0mm 940～1060
直径8.0～10.0mm 72A 72MnA 75A 75MnA 77A 77MnA 80A 80MnA 82A 82MnA
划伤 形态：划伤肉眼观察是一条或多条平行于钢丝轴向、沟底清晰可见 的线性缺陷
产生原因： 盘条在轧制过程中，因轧辊表面毛糙或有缺陷，造成盘条表面产 生划伤，在随后的拉拔过程中，若总压下率较小，遗传给钢丝； 半成品钢丝表面氧化皮未酸洗净，冷拉拔时坚硬的氧化皮被带入 拉丝模中造成划伤； 拉拔时润滑不良； 拉丝模表面光洁度欠佳。

（2）断裂 杯锥状断口：断裂时断口呈杯锥状, 并且在钢丝心部都存在像缩孔残 余、大型夹杂、有害元素的富集等较严重的缺陷, 这些缺陷的存在使 得钢丝在拉拔过程中在心部产生裂纹源, 且拉拔工艺不合理促进了钢 丝中心裂纹的形成和扩展。分布在钢丝周边的缺陷如折叠、裂纹、 大型夹杂物以及脱碳层等的存在则对裂纹的扩展起到了促进作用 盘条的固有缺陷（比如缩孔残余、夹杂物、裂纹等盘条本身 固有的缺陷）是造成杯锥状断口的主要因素, 这些缺陷分布在钢丝中 心部位时, 影响尤为显著。 剪切状断口：断口形状为剪切状，钢丝的心部及其边缘局部存在缺 陷, 如缩孔残余和大型夹杂物等。 盘条心部的缺陷是造成盘条在拉拔过程中断裂的裂纹源, 钢丝边 缘大型夹杂缺陷的存在对于盘条剪切状断口的形成和扩展起到了促 进作用。中心缩孔残余, 大型夹杂物和有害元素的富集等盘条固有缺 陷是影响剪切状断裂断口的主要因素。 对于同样属于延性断裂的杯锥状断口和剪切状断口而言, 边缘的大 型缺陷造成了延性断裂的剪切状断裂断口形式。