WCA July 2011

拉伸线材表面缺陷和线材断裂分析 作者：日本东海大学 Kazunari Yoshida 、 Tetsuo Shinohara 、 Tsutomu Yamashita 和 Atsuhiro Tanaka

摘要 本文采用实验和有限元素法（ FEM ） 分析来检测线棒表面裂纹在拉伸过程 中是否增长或被去除。通过重复拉伸 观察了 V -型、凹型和U型横向裂纹的变 形行为。作者说明了去除这些横向裂 纹、使表面状况达到类似于无裂纹区 域状况的条件。 1. 前言 拉伸产生的线材和棒材直径变化范围 在 10 微米到 100 毫米之间。对于任何线 材直径，拉伸发生断裂是对生产力的 一种直接影响，而且，线材表面缺陷 常造成脆性断裂，机械性能恶化、商品 价值损失。这就是为什么用户经常投 诉表面缺陷的原因。而且，最近已有 用户要求将更细和更长的线材用于医 疗装置的半导体焊接线，所以，线材 断裂和表面缺陷是必须解决的问题。 已有许多研究者研究了降低拉伸力的 最佳模具形状，以防线材发生内部裂 纹（由于形成中心断裂缺陷或纵裂 纹），还研究了最佳润滑剂 – 降低 残余应力的措施，等等。已经获得了 有用的发现，但对防止线材断裂的措 施、杂质影响和表面缺陷的研究却很 少 1,4 。 本研究检测不同直径被拉伸线材的线 材断裂原因。对具有表面缺陷和杂质 的线材进行了实验分析，并通过有限 元素法（ FEM ）来确定表面缺陷和杂质 是否会造成线材断裂或在重复拉伸过程 中仍然是表面缺陷。

杂质

污染

分离端

张力

空心端

冲压空心

❍ ❍ 图 1 : 线材断裂类型

杂质

空心端

污染

冲压空心

分离端

张力

其它

❍ ❍ 图 2 : 拉伸黄金超细丝时线材断裂原因百分比

还检测了拉伸黄金焊接线时出现的线材断裂类型。图 2 显示发 生每种类型的线材断裂的频率，此图中，将被拉伸线材直径 分为三组： 100-350 微米、 50-99 微米和 20-48 微米 4 。 图 1 和图 2 显示因表面缺陷、外来物质、因卡死造成的过度拉 伸应力而造成的线材断裂。但猜测直径小于 50 微米的线材发 生断裂的许多原因源于线材铸造期间形成的线材内部杂质 5 。 根据以上考虑，可以得出结论，对于能够阻止拉伸时发生断 裂的线材，它们应当没有表面缺陷和任何杂质，应当是尽可 能小和少。 3. 对含有杂质或外来物质的线材拉伸的 FEM 分析 3.1 线材内部杂质的影响 线材中的大多数杂质是硬的物质。线材断裂表面杂质能谱仪 （ EDS ）分析结果表明：它们中有许多是 A1 2 0 3 或 SiO 2 ，其余 的是与模具和设备摩擦时形成的外来物质。

2. 拉伸造成的线材断裂类型 最近，由于进行了有效的材料清洗，改进了拉伸了条件，从 而减少了棒材和线材中的微粒隔离和杂质，使得拉伸时发生 线材断裂的情况大大降低。但是，线材直径越细，拉伸时线 材断裂频率就越高。 造成线材断裂的原因有几种（图 1 ）。杂质会造成两种类型的 断裂：一种发生在断裂表面有杂质时，另一种被称为“空心 端”断裂，发生在有微量内凹杂质时，但未发现杂质本身。 有两种断裂是由加工期间引入的外来物质而不是铸造工艺造 成的：一种被称为“污染”断裂，此时在断裂表面发现外来 物质，另一种被称为“冲压空心”断裂，此时没有发现外来 物质。另外，“分离端”断裂也被视为由表面缺陷造成的， 而且“张力”断裂是由施加的应力强于线材强度造成的 5 。

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