淺談銅桿質(zhì)量對(duì)超微細(xì)線(xiàn)拉伸斷線(xiàn)的影響

何姍珊

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司，江西 貴溪 335424)

1 引言

超微細(xì)線(xiàn)材是一種高新技術(shù)產(chǎn)品，在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用廣泛，特別是在儀器關(guān)鍵部件連接方面的優(yōu)勢(shì)特別突出，比如可以用作生化醫(yī)用精細(xì)線(xiàn)材、高速寬頻傳輸用纜線(xiàn)等。隨著微電子電器行業(yè)的迅速發(fā)展，帶動(dòng)了電線(xiàn)電纜企業(yè)對(duì)微細(xì)電子線(xiàn)材的需求。根據(jù)上海電纜工程設(shè)計(jì)研究所統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)到2015年微細(xì)電子線(xiàn)材的需求量將達(dá)到30萬(wàn)t左右，其中直徑不大于0.05mm的電子線(xiàn)材需求量將達(dá)到9萬(wàn)t左右[1]。

超微細(xì)銅線(xiàn)是指直徑不大于0.05mm的銅線(xiàn)，這種銅線(xiàn)也被稱(chēng)為超細(xì)銅線(xiàn)。生產(chǎn)超細(xì)銅線(xiàn)，一般采用拉伸法。拉伸法具有自動(dòng)化程度高、產(chǎn)品表面質(zhì)量好、尺寸精度高，且能在同一機(jī)列上實(shí)現(xiàn)連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)。目前，我國(guó)能夠全部掌握成套生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)超細(xì)銅線(xiàn)的企業(yè)為數(shù)不多，這主要一方面在于超細(xì)銅線(xiàn)生產(chǎn)對(duì)母線(xiàn)的質(zhì)量要求很高，需要先進(jìn)的銅桿制造裝備和工藝技術(shù)，另一方面在于拉制超細(xì)銅線(xiàn)本身的工藝技術(shù)要求很高[2]。

銅線(xiàn)在拉制過(guò)程中很容易發(fā)生斷線(xiàn)的現(xiàn)象，這也是超細(xì)銅線(xiàn)生產(chǎn)的難度所在。斷線(xiàn)的根本原因就是因?yàn)槌?xì)銅線(xiàn)太細(xì)，銅線(xiàn)拉斷力較小，微小的銅桿缺陷或稍大的外力都很容易造成“斷線(xiàn)”的發(fā)生。導(dǎo)致拉伸斷線(xiàn)的原因很多，如銅桿質(zhì)量、拉伸設(shè)備、潤(rùn)滑狀態(tài)等。本論文重點(diǎn)探討的是銅桿質(zhì)量對(duì)超微細(xì)線(xiàn)拉伸斷線(xiàn)的影響，并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的解決措施。

2 超細(xì)銅線(xiàn)的生產(chǎn)流程以及主要特點(diǎn)

目前全世界范圍內(nèi)的銅線(xiàn)的生產(chǎn)都經(jīng)歷兩個(gè)步驟:制桿和拉線(xiàn)，制桿尺寸一般為Φ8mm，從Φ8mm以后開(kāi)始進(jìn)行拉伸變形。目前我國(guó)制桿的工藝主要有美國(guó)南方線(xiàn)材公司的SCR法、德國(guó)西馬克.梅爾公司的Contirod法以及上引法[3]等，超細(xì)銅線(xiàn)拉伸的母線(xiàn)一般選用連鑄連軋法生產(chǎn)的光亮圓銅桿，這是由于連鑄連軋生產(chǎn)的銅桿經(jīng)歷的大變形量的熱變形，因此其產(chǎn)品具有晶粒細(xì)小、致密度高，表面光潔等優(yōu)點(diǎn)。在拉制過(guò)程中，超細(xì)銅線(xiàn)的生產(chǎn)流程包括大拉、中拉、小拉、細(xì)拉和微拉，銅線(xiàn)直徑隨工藝流程逐漸減細(xì)，產(chǎn)品規(guī)格不同，生產(chǎn)的道次、工藝也有所不同。

在銅線(xiàn)的生產(chǎn)過(guò)程中，常會(huì)出現(xiàn)很多產(chǎn)品缺陷，導(dǎo)致成品率極低，比如斷線(xiàn)、規(guī)格不均問(wèn)題、銅線(xiàn)表面不規(guī)整等等。在這些缺陷中，斷線(xiàn)現(xiàn)象是最為嚴(yán)重的。規(guī)格較大的銅線(xiàn)的拉斷力也相對(duì)較大，所以在生產(chǎn)規(guī)格較大的銅線(xiàn)時(shí)斷線(xiàn)現(xiàn)象的發(fā)生概率會(huì)小很多。然而，由于超細(xì)銅線(xiàn)的截面很小，所以它的拉斷力也相對(duì)很小，因此在超細(xì)銅線(xiàn)的生產(chǎn)過(guò)程中，斷線(xiàn)現(xiàn)象是很常見(jiàn)的。在超細(xì)銅線(xiàn)的拉制過(guò)程中，隨著線(xiàn)徑的不斷減小，拉伸難度越來(lái)越大，細(xì)拉和微拉成為最關(guān)鍵的工序，這也是超細(xì)銅線(xiàn)特有的生產(chǎn)流程。

3 銅桿質(zhì)量對(duì)超微細(xì)線(xiàn)拉伸斷線(xiàn)的影響

銅線(xiàn)拉斷力的大小是產(chǎn)生斷線(xiàn)的內(nèi)因，因此，控制銅桿的質(zhì)量對(duì)于減少超微細(xì)線(xiàn)拉伸斷線(xiàn)現(xiàn)象的發(fā)生具有重要意義。一般來(lái)說(shuō)，評(píng)價(jià)銅桿質(zhì)量的指標(biāo)主要有銅桿中雜質(zhì)元素的含量、表面缺陷、氣孔以及銅桿的塑性等。為了研究銅桿質(zhì)量對(duì)超微細(xì)線(xiàn)拉伸斷線(xiàn)的影響，筆者分別對(duì)銅桿中雜質(zhì)元素的含量、表面缺陷、氣孔以及銅桿的塑性等進(jìn)行了探討。

3.1 銅桿中雜質(zhì)元素的影響

銅桿雜質(zhì)元素含量的多少是對(duì)銅桿純度的一個(gè)主要表征，也是評(píng)價(jià)銅桿質(zhì)量的好壞的一個(gè)很重要的指標(biāo)。當(dāng)銅桿中的雜質(zhì)元素達(dá)到一定的量時(shí)，雜質(zhì)元素會(huì)對(duì)銅桿內(nèi)部的微觀(guān)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，此時(shí)這些雜質(zhì)元素就會(huì)降低銅桿的質(zhì)量。例如，鋁、鋅、鐵等金屬元素很容易固溶于銅桿中，雖然這些雜質(zhì)元素在一定的程度上可以提高銅桿的硬度，但是這些雜質(zhì)元素的存在一定程度上也會(huì)影響到銅桿的熱加工性能和銅桿的塑性[4]。因?yàn)檫@些雜質(zhì)元素的存在，會(huì)減小銅桿的塑性，尤其是會(huì)影響到雜質(zhì)素周?chē)饘俚乃苄浴．?dāng)銅桿拉伸變形不斷加大時(shí)，金屬無(wú)法承受外界要求的形變量時(shí)，斷線(xiàn)現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生了。

3.2 銅桿表面缺陷的影響

表面缺陷是指銅桿表面存在局部物理或者化學(xué)性質(zhì)不均勻。這些缺陷包括非金屬夾雜物以及機(jī)械損傷、孔洞、氧化斑等。表面缺陷的程度也是衡量一個(gè)銅桿質(zhì)量好壞的標(biāo)準(zhǔn)。表面缺陷比較少的銅桿，質(zhì)量相對(duì)就會(huì)較高;表面缺陷較多的銅桿，質(zhì)量就會(huì)相應(yīng)的較低。表面缺陷通過(guò)影響銅桿的質(zhì)量，在一定程度上也會(huì)對(duì)超微細(xì)線(xiàn)拉伸斷線(xiàn)有一定的影響。

表面缺陷的存在減少表面可變形的金屬量，從而改變了銅桿的可變形量，減小了銅線(xiàn)的抗拉能力。因此當(dāng)外界的拉力變大時(shí)，銅線(xiàn)就會(huì)發(fā)生斷線(xiàn)現(xiàn)象。另外，當(dāng)拉制銅桿時(shí)，表面金屬流動(dòng)滯后于心部金屬流動(dòng)，因此由于表面和心部運(yùn)動(dòng)的差異就會(huì)產(chǎn)生沿著軸向的附加拉應(yīng)力，這種附加拉應(yīng)力容易產(chǎn)生表面裂紋，雖然造成這種附加應(yīng)力的原因主要是模具和潤(rùn)滑，但表面缺陷的存在會(huì)使允許附加應(yīng)力大為降低，并加劇裂紋的擴(kuò)張。

3.3 銅桿中氣孔的影響

銅桿中氣孔的多少也是一個(gè)衡量銅桿質(zhì)量好壞的另一重要指標(biāo)。當(dāng)銅桿內(nèi)部含有氣孔時(shí)，會(huì)使得氣孔周?chē)课坏你~原子比其他部位的銅原子數(shù)量少，同時(shí)，也在一定程度上改變了銅桿內(nèi)部的微觀(guān)結(jié)構(gòu)，從而影響了銅桿的質(zhì)量。

銅線(xiàn)內(nèi)部存在著氣孔，也很容易就會(huì)導(dǎo)致斷線(xiàn)現(xiàn)象的發(fā)生。銅桿內(nèi)部氣孔的存在會(huì)使得本應(yīng)由金屬物質(zhì)填充的部位出現(xiàn)了空洞，會(huì)使得這個(gè)部位的金屬橫截面積顯著減少，進(jìn)而導(dǎo)致該銅線(xiàn)的抗拉能力下降，易出現(xiàn)斷線(xiàn)現(xiàn)象。具體來(lái)說(shuō)在拉制過(guò)程中，由于氣孔的存在，隨著外加應(yīng)力的增加，拉制線(xiàn)徑逐漸變小，使得銅線(xiàn)在此處存在很大的應(yīng)力集中，銅線(xiàn)的塑性變形程度增大。但是由于氣孔區(qū)域與基體部分的塑性變形能力存在很大差異，氣孔與位錯(cuò)相互作用使變形更加困難并存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中，最終導(dǎo)致基體與氣孔相脫離，基體區(qū)域發(fā)生典型的純金屬韌性斷裂，而氣孔周?chē)l(fā)生脆性斷裂，導(dǎo)致銅線(xiàn)斷線(xiàn)[5]。

3.4 銅桿塑性的影響

塑性是指在外力作用下，材料能夠穩(wěn)定的發(fā)生永久性的變形同時(shí)又不破壞其完整性的能力。在影響銅桿質(zhì)量的因素中，銅桿的塑性也是一個(gè)很關(guān)鍵的因素。塑性好的銅桿，質(zhì)量相對(duì)較高;塑性差的銅桿，質(zhì)量也就相應(yīng)的較低[6]。

當(dāng)生產(chǎn)銅桿的原材料銅含量較低時(shí)，會(huì)對(duì)銅桿的塑性產(chǎn)生一定的影響。此外，在生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)外界的拉應(yīng)力超出了被拉制的銅線(xiàn)的抗拉強(qiáng)度，這將導(dǎo)致斷線(xiàn)現(xiàn)象發(fā)生，這是最直接的原因。當(dāng)銅線(xiàn)經(jīng)過(guò)多次的拉制導(dǎo)致加工硬化后，如果此時(shí)不及時(shí)退火，也會(huì)導(dǎo)致這種銅線(xiàn)的塑性變差。當(dāng)銅線(xiàn)的塑性變差后，在拉伸過(guò)程中變形抗力過(guò)大，往往會(huì)使得銅線(xiàn)斷線(xiàn)，并且會(huì)使得斷裂的部位出現(xiàn)脆斷的形狀，并且斷面收縮率也比較小。

4 結(jié)語(yǔ)

斷線(xiàn)現(xiàn)象是由很多原因引起的，除了外界的拉力以及設(shè)備等因素外，銅桿的質(zhì)量原因?qū)τ跀嗑€(xiàn)現(xiàn)象的影響是不容忽視的。提高銅桿的質(zhì)量，減少銅線(xiàn)中的氣孔的存在，降低銅線(xiàn)中雜質(zhì)元素的含量以及克服銅線(xiàn)塑性不足和表面缺陷等對(duì)于減少斷線(xiàn)的發(fā)生具有重要意義。

[1]王濤.中國(guó)銅加工材生產(chǎn)、消費(fèi)與市場(chǎng)分析(下)[J].資源再生，2012(12):38－41.

[2]鄒建成.中國(guó)銅加工技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)有色金屬，2013(16):30－32.

[3]毛允正.連鑄連軋生產(chǎn)銅線(xiàn)桿技術(shù)述評(píng)[J].資源再生，2012(5):53－56.

[4]羅云，劉瑩，鐘志強(qiáng).淺析雜質(zhì)元素對(duì)銅桿質(zhì)量的影響[J].有色金屬加工，2012(3):26－30.

[5]攸駿.SCR連鑄連軋鑄坯中氣孔與銅線(xiàn)桿表面缺陷關(guān)系研究[J].云南冶金，2013(6):61－35.

[6]陳渝，湯菲.無(wú)氧銅桿季節(jié)性斷線(xiàn)的主要原因和解決的方法[J].電線(xiàn)電纜，2003(2):25－26.