加工率對(duì)連拉連包漆包線生產(chǎn)的影響

余 琪，王松偉，樂順聰，胡延波，羅至勇，蔡 凱，郭振興

（1.江西銅業(yè)加工事業(yè)部，江西 南昌 330096；2.中國(guó)科學(xué)院 金屬研究所，遼寧 沈陽 110016）

1 引言

銅是一種塑性加工非常好的金屬，并且具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和塑性加工性能，因此在銅線、銅管材等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛［1-5］。銅線在生活中應(yīng)用廣泛，常用于電線、電纜、電磁線、通訊電線等［6］。銅線的生產(chǎn)方法主要有擠壓、拉拔法，隨著技術(shù)的發(fā)展，連續(xù)多模多道次拉拔是當(dāng)前的主要生產(chǎn)方式［7］。拉拔變形會(huì)使組織發(fā)生顯著的變化，同時(shí)性能也會(huì)受到影響，從而影響后續(xù)的使用，而拉拔是連拉連包漆包線生產(chǎn)的關(guān)鍵工序，對(duì)漆包線的影響至關(guān)重要。近年來，許多學(xué)者對(duì)加工變形對(duì)金屬的組織、性能及其后續(xù)連續(xù)生產(chǎn)的影響進(jìn)行了大量的研究，王余強(qiáng)［7］等對(duì)銅線冷拉拔組織及性能進(jìn)行了研究。余琪［8］等分析不同的行星軋制變形程度對(duì)TP2 銅管軋制和拉拔態(tài)的組織及性能，探索了影響規(guī)律。張永剛［9］等研究了鋯板在相同變形量下冷軋道次加工率對(duì)最終成品板材組織、性能、尺寸精度的影響。

本文以JTTY 連拉連包漆包拉伸工藝為研究對(duì)象，選取Ф2.6mm 和Ф2.0mm 兩種銅原料生產(chǎn)Ф1.0mm 銅線，通過金相組織觀察分析和拉伸、硬度等力學(xué)性能測(cè)試、漆包線在線檢測(cè)、回彈測(cè)試等手段，研究加工率對(duì)拉拔態(tài)銅線晶粒組織、力學(xué)性能、漆包線性能、生產(chǎn)能耗的影響規(guī)律。

2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)原料為某連鑄連軋銅桿線公司生產(chǎn)的連續(xù)在線退火大拉軟態(tài)銅線，線徑為Ф2.6mm 和Ф2.0mm 兩種規(guī)格，經(jīng)過JTTY 連拉連包漆包機(jī)的拉拔機(jī)多模拉伸得到Φ1.0mm 的拉拔硬態(tài)銅線，拉伸加工率分別為85.2%和75%，加工工藝如表1。

表1 拉伸加工工藝

采用金相鑲嵌機(jī)對(duì)原料、成品制備顯微組織實(shí)驗(yàn)樣品，配置3.5gFeCl3+25mLHCl+75mLH2O 的腐蝕溶液，并采用擦拭法對(duì)樣品進(jìn)行腐蝕，觀察金相，銅線腐蝕后采用上海光學(xué)儀器YH3001 金相顯微鏡進(jìn)行金相顯微組織觀察。

采用UTM6104 電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行室溫下拉伸實(shí)驗(yàn)，測(cè)試樣品的延伸率和抗拉強(qiáng)度，采用FYHVS-1DX 高級(jí)顯微維氏硬度測(cè)量?jī)x測(cè)試樣品的維氏硬度。

采用Lear 漆包線在線檢測(cè)儀進(jìn)行漆包線在線生產(chǎn)的漆瘤、針孔檢測(cè)，小粒子標(biāo)準(zhǔn)為0.6，大粒子標(biāo)準(zhǔn)為1.0，針孔測(cè)試電壓為1000V。采用湘鴻ZHT-1 自動(dòng)回彈角試驗(yàn)儀進(jìn)行漆包線柔軟度（回彈角）的檢測(cè)，使用15N 配重砝碼，卷繞棒的直徑為50mm。

3 結(jié)果與分析

3.1 拉拔態(tài)顯微組織

圖1 為加工率85.2%的銅線坯和加工后的銅線金相組織圖片，依次為φ2.6mm 軟態(tài)、φ1.0mm硬態(tài)銅線金相組織。圖2 為加工率75%的銅線坯和加工后的銅線金相組織圖片，依次為φ2.0mm軟態(tài)、φ1.0mm 硬態(tài)銅線金相組織。從圖1a 和圖2a 可以看出，φ8.0mm 銅桿經(jīng)過多道次連續(xù)冷態(tài)拉伸分別至φ2.6mm 和φ2.0mm 銅線，通過在線退火消除加工硬化至軟態(tài)銅線，組織均勻，沿拉拔方向呈纖維流線。從圖1b 和圖2b 可以看出,經(jīng)過不同加工率拉拔變形后，加工率越大，拉拔纖維流線越長(zhǎng)，晶粒顯著拉長(zhǎng)。

圖1 85.2%加工率銅線顯微組織

圖2 75%加工率銅線顯微組織

3.2 拉拔態(tài)力學(xué)性能

表2 為兩種不同加工率的銅線坯和成品的力學(xué)性能。從表2 可以看出，加工率為85.2%的銅線的抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、硬度分別為455MPa、2.2%、106.8HV，加工率為85.2%的銅線的抗拉強(qiáng)度、硬度分別上升了76.77%、45.7%，伸長(zhǎng)率降低了93.27%。加工率為75%的銅線的抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、硬度分別為445.5MPa、2.5%、105.5HV，加工率為75%的銅線的抗拉強(qiáng)度、硬度分別上升了74.9%、56.29%，伸長(zhǎng)率降低了92.83%。

表2 不同加工率銅線力學(xué)性能

圖3 硬度

3.3 漆包線力學(xué)性能

表3 為僅加工率不同的生產(chǎn)工藝的漆包線的力學(xué)性能，生產(chǎn)速度為113m/min，退火溫度為550℃，固化溫度為610℃。從表3 可以看出，加工率為85.2%的漆包線的回彈角、伸長(zhǎng)率分別為40 度、42%，加工率為75%的漆包線的回彈角、伸長(zhǎng)率分別為42 度、38%。隨著拉伸加工率的增加，回彈角降低，伸長(zhǎng)率增加。

表3 不同加工率漆包線力學(xué)性能

3.4 在線檢測(cè)及能耗

圖4 為僅加工率不同的生產(chǎn)工藝的漆包線的在線檢測(cè)圖像，表4 為在線檢測(cè)小粒子數(shù)、大粒子數(shù)、針孔數(shù)、粒子數(shù)/30m、針孔數(shù)/30m 檢測(cè)值。可以看出，加工率為85.2%在線監(jiān)測(cè)小粒子數(shù)、大粒子數(shù)、針孔數(shù)、粒子數(shù)/30m、針孔數(shù)/30m 分別為102 個(gè)、2 個(gè)、33 個(gè)、0.07 個(gè)、0.02 個(gè)，加工率為75%在線監(jiān)測(cè)小粒子數(shù)、大粒子數(shù)、針孔數(shù)、粒子數(shù)/30m、針孔數(shù)/30m 分別為39 個(gè)、1 個(gè)、1 個(gè)、0.03 個(gè)、0.00 個(gè)，隨著加工率增加，粒子數(shù)、針孔數(shù)都增加，并且在線檢測(cè)儀顯示更密。

表4 不同加工率漆包線力學(xué)性能

表5 為僅加工率不同的生產(chǎn)工藝的漆包線的噸能耗，加工率為85.2%噸能耗為219.88 kW·h/t，加工率為75%噸能耗為192.08 kW·h/t，加工率為85.2%噸能耗比75%噸能耗多27.80 kW·h/t。

3.5 分析討論

連拉連包漆包線生產(chǎn)過程中，銅線坯晶粒發(fā)生滑移，隨著變形量的不斷增加，出現(xiàn)位錯(cuò)纏結(jié)，使位錯(cuò)阻力增加，即加工硬化，使銅線坯的硬度大幅度上升，此外，增大拉拔加工率，沿軸向晶界顯著拉長(zhǎng)，纖維組織明顯，拉拔纖維流線越長(zhǎng)，晶粒顯著拉長(zhǎng)。進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，增大拉拔加工率，在拉拔過程中的拉拔道次增加，增加了銅線坯拉拔后的銅粉以及表面缺陷，致使漆包線粒子數(shù)增多。增加拉拔加工率，拉拔機(jī)的拉拔機(jī)增加，驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)荷增加，增加了漆包線生產(chǎn)能耗。

圖4 在線檢測(cè)儀圖像

4 結(jié) 論

（1）銅線坯經(jīng)過不同加工率拉拔變形后，加工率越大，拉拔纖維流線越長(zhǎng)，晶粒顯著拉長(zhǎng)。

（2）加工率為85.2%的銅線的抗拉強(qiáng)度、硬度分別上升了76.77%、45.7%，伸長(zhǎng)率降低了93.27%，加工率為75%的銅線的抗拉強(qiáng)度、硬度分別上升了74.9%、56.29%，伸長(zhǎng)率降低了92.83%。

（3）隨著拉伸加工率的增加，回彈角降低，伸長(zhǎng)率增加。粒子數(shù)、針孔數(shù)都增加，并且在線檢測(cè)儀顯示更密。加工率為85.2%噸能耗比75%噸能耗多27.80 kW·h/t。