WCA July 2011

4. 表面有裂纹的线材拉伸分析 铸造、热轧、拉伸或运输操作失误造成 的、或因卷绕不当造成的线材和棒材上 的表面裂纹将进一步发展 6 。 线棒在升程辊轧期间造成的表面裂纹的 分类如表 2 所示 7 ；但对这个问题没有明 确的解决方案。尤其是，只有少量研究 报告了拉伸形成的表面裂纹 8–11 。 在此研究中，铸造和辊轧时形成的具有 圆周裂纹的线棒被用作母材，并被重复 拉伸，实验检测了这些裂纹的增长和去 除，并进行了 FEM 分析。 用 车 床 在 轴 向 机 械 划 痕 不 锈 钢 （ SUS304 ）线棒，并用实验和 FEM 进 行分析。在棒线上作机械标记，在圆周 方向形成 V 型、内凹和 U 型裂纹，用作 样品。 FEM 软件 MSC/ Marc Mentat 2008 R1 ,此研究使用了 FEM 软件 MSC/Marc Mentat 2008 R1 。在此研究中，图 8 、 图 9 和表 3 分别显示了 FEM 分析所使用 的模型、其材料常数和 V 型裂纹参数。 将摩擦系数（ μ ）设定为 0.05 。而且在 FEM 分析中假设模型是轴对称的，以 节约计算时间。

拉伸方向

C) 2 通道

A) 线材母材

B) 1 通道

❍ ❍ 图 7 : FEM 检测的表面含外来物质的线材经重复拉伸后的丝网变形

裂纹

模具

A

A

1 是加工前后的横截面

0

横向裂纹

拉伸方向

❍ ❍ 图 8 : 线材拉伸模型

图 11 显示在 α =6° 、 R/P=20% 重复拉伸 10 毫米直径线材时，其 上面宽度( a ) =0.73mm 、深度( h ) =0.10mm ( 1% )的裂纹以及 a=0.73mm 、 h=0.60mm ( 6% )的裂纹的变形示例。 如图 11 所示，在条件 I 情况下，裂纹底部在重复拉伸时上升， 这样，表面裂纹在第一通道后被去除。 在条件 II 情况下，裂纹更深一些，但裂纹右侧倾斜，与左侧重 叠，形成重叠裂纹(缺陷)，说明拉伸不能去除裂纹，而且， 尽管裂纹看上去比较小，但向纵深发展。也就是说， U 型裂纹 在拉伸时的表现取决于深度( h )。 比较了内凹和 U 型裂纹的结果。重叠缺陷从内凹裂纹开始发 展，不管深度（ h ）是多少，因为 U 型裂纹深度（ h ）是一个参 数，即去除了有内凹的裂纹，但当（ h ）较大时，裂纹仍在线 材上。

4.1 实验和 FEM 分析结果比较 在一根 8 毫米直径线上刻一个深度 h=0.8mm (8% )的裂纹，在 每个拉伸通道后，实验和分析检测其形状变化。母材线材上 的初始裂纹为不对称 V 型。 用显微镜观察了初始裂纹形状，在 FEM 分析中建立了具有相 同形状裂纹的母线材模型。显然， FEM 分析结果与实验结果 一致。如图 10 所示，裂纹看来被去除，因为 AB 侧被向上推入 线材，但是，裂纹的 BC 侧背却倾斜，从而挂在 AB 侧，形成一 个叠加裂纹(缺陷)。 在实验中和 FEM 分析中重复对具有表面裂纹的母线材进行 三通道拉伸。每个拉伸通道获得的裂纹变形行为如图 10 所 示。 4.2 重复拉伸时 U 型裂纹变形行为的 FEM 分析 接着，建立具有 U 型裂纹线材的模型，并用有限元素分析队拉 伸过程进行了类似的分析。

在图 11 条件 I 下，裂纹两侧形状对裂纹的去除具有重大影响。

❍ ❍ 表 2 : 线棒表面裂纹分类 7

❍ ❍ 图 9 : 被测不锈钢丝加工硬化图

外观 名称

形态和性能

结痂 叶状标志；棒表面为擦裸

横向裂纹 裂纹垂直于辊轧方向

应力 (MPa)

凸块 表面鳞状裂纹

划痕 辊轧方向划痕造成的内凹裂纹

金属屑之类的外来物质冲压 造成内凹

辊轧入材料

过度填充 辊轧方向连续内凹造成的缺陷

应变

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Wire & Cable ASIA – September/October 2007 Wir & Cable ASIA – July/August 11