第四章钢丝的拉拔

第四章 钢丝的拉拔

钢帘线的单丝，从Ф5.5mm 的盘条经过干式的粗拉、中拉和湿式的细拉，一直拉到ФO.15～ФO.38mm ，所以钢丝的拉拔是钢帘线生产最基本的工艺。

自1880年制成了“纵列式拉丝机”实现了拉丝生产连续化，到本世纪20年代发明了硬质合金拉丝模以及润滑剂的改善，拉拔工艺日趋成熟，实现了稳定的连续化拉丝生产。近一、二十年，国内外拉丝技术又有很大发展。出线速度已高达25M ／s 和30M ／s 。随着微机技术的普及应用，拉丝机的自动化水平大为提高，例如KOCH 公司的直线式拉丝机配备的电脑专家系统中，可储存100套拉丝工艺参数，随时可以调用，实现了监控，故障诊断，在线调整一体化。由于线材的质量和性能不断提高，可将Ф5.5线材一次拉拔为Ф1.3mm 的半成品钢丝，总压缩率达94.41％，并可减少一次热处理。另外在拉丝模和润滑剂方面也相应地有了很大发展。

第一节 钢丝拉拔基本原理

钢丝拉拔理论是金属压力加工原理的一部分，拉拔的目的是将粗截面的线材通过模孔拉制成所需形状和尺寸的钢丝，同时要满足标准规定的性能和质量的要求，尤其是力学性能的要求。 众所周知，金属所以能够进行拉拔是因为各种金属都具有不同程度的塑性。所谓塑性即金属在外力作用下，产生永久变形而不破裂的能力。

由于金属的组织和化学成分的不同，金属能够承受的拉拔变形程度也不尽相同。拉拔理论研究不同组织和成分的金属，在拉拔中产生变形和应力分布的特点，拉拔过程中不均匀变形产生的原因和残余应力造成的后果，拉拔后金属组织和性能的变化规律，拉拔力和抗拔功率的计算方法并分析其影响因素，从而利用金属塑性，正确拟定拉拔工艺，合理使用拉丝设备，改革旧的工 艺制度，提高产品质量，降低成本，提高生产率。

限于篇幅，本章只能对上述有关内容作一些简单的阐述。

应

力

一、金属的塑性变形 σ

1.金属的变形和断裂

金属在外力作用下，随着应力的增加，可先后发

生弹性变形、塑性变形，直至断裂。图4—1所示为低

碳钢在拉伸试验时的应力一应变曲线。在应力(σ)低

于弹性极限(σe )时，钢所发生的变形为弹性变形，其

特点是外力去除后，其变形可以完全恢复，并且，应力 .45.

应变ε

4—1低碳钢在拉伸试验时的应力一应变曲线

.45.

(σ)与应变(ε)成比例：σ=E·ε，其中比例常数E称为“弹性模量”，它反应金属对弹性变形的抗力，代表材料的“刚度”。弹性变形的实质是在应力的作用下，金属内部的晶格发生了弹性的伸长和歪扭，但未超过其原子之间的结合力。

当应力大于弹性极限时，钢不但发生弹性变形，而且还发生塑性变形，即在外力去除后，其变形不能得到完全恢复，存在残留变形或永久变形。不能恢复的变形称为塑性变形，通常用屈服极限(σs)表示金属对开始发生微量塑性变形的抗力，而塑性则是指金属能够发生塑性变形的量或能力，用伸长率(δ％)或断面收缩率(ψ％)表示。塑性变形的实质是金属内部的晶粒发生了压扁或拉长的不可恢复的变形。

随着应力的增加，钢的塑性变形逐渐增大，应力达到强度极限(σb)后，试样将开始发生

不均匀的塑性变形，产生缩颈，变形量迅速增大到K点而发生断裂。故强度极限是表示金属对产生不均匀塑性变形的抗力。断裂通常分为两种,有明显塑性变形而发生的断裂,称为“塑性断裂”，其内部的晶粒都拉长成为细条状，故这种断裂的断口呈纤维状，灰暗无光；另一种断裂通常发生在一些脆性材料中，断裂前并未经过明显的塑性变形，其断口常具有闪烁的光辉，这种断裂称为“脆性断裂”。

2.金属单晶体的塑性变形

金属一般都是由无数单个晶粒构成的多晶体。

金属单晶体的塑性变形主要有“滑移”、“双晶”两种形式，在大多数情况下是以滑移方式进行的。

所谓滑移即晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面发生相对的滑动。如图4--2所示，当一单晶体试样受到拉伸时，外力(P)将在晶内一定的晶面上分解为两种应力，一种是平行于该晶面的切应力（τ)，一种是垂直于该晶面的正应力(σ)。正应力只能引起晶格的弹性伸长，或进一步把晶体拉断;而切应力则可使晶格在发生弹性歪扭之后，进一步造成滑移。通过大量晶面的滑移，最终便使试样被拉长变细。

.46.

对于滑移变形的要点可以概括如下：

第一，滑移只能在切应力的作用下发生。

第二，滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面(称为“滑移面”)和晶向(称为“滑移方向”) 发生。

第三，滑移时晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方向位移的距离为原子间距的整数倍。

第四，滑移的同时必然伴随有晶体的转动。如图4—2(a)所示，切应力使晶体产生滑移,而正应力组成一力偶，使晶体在滑移的同时向外力方向发生转动。

最后要强调的是，滑移不是晶体的一部分相对于另一部分的刚性滑移。近数十年来的理论研究证明，滑移是由于滑移面上的位错运动而造成的。如图4—3所示即为一刃型位错在切应力的作用下在滑移面上的运动过程，通过一根位错线从滑移面的一侧到另一侧的运动便造成一个原子间距的滑移。

所以，晶体的滑移在微观上是原子位错运动的结果，而最终

表现在宏观上则产生塑性变形。

塑性变形的另一形式是双晶，又称孪晶、孪生。只有当晶体不

易进行滑移时，在切应力作用下则以孪生方式进行塑性变形，即晶

体的一部分以一定的晶面(挛晶面)为对称面，与晶体的另一部分

发生了均匀切变，结果使晶体变形部分与未变形部分构成镜面对

称的位向关系，如图4—4所示。

3.多晶体的塑性变形

实际使用的金属材料几乎都是多晶体，由许多单晶体集合而成。

构成多晶体的这些单晶体就是晶粒。在多晶体进行塑性变形时，每 4—4晶体的孪生示意图

个晶粒的基本变形方式与单晶体的塑性变形基本相同，也主要是以

滑移和双晶的方式进行的。多晶体的塑性变形可视为许多晶粒变形

过程的综合结果。但是由于在多晶体中各个晶粒的晶格位向不同，而且有大量晶界存在，使得各个晶粒的塑性变形彼此受到阻碍与制约，所以多晶体的塑性变形比单晶体的情况要复杂得多。

第一，各个晶粒的位向不同，将使各个晶粒的变形有先有后，并且在变形时有的互相配合，

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