第11期 王成铎等：工艺参数对玻璃包覆铁基合金微丝尺寸、结构和力学性能的影响 ,1439 抗拉强度从3988MPa降至2800MPa左右，同时延 7000 32 一·一抗拉强度 伸率也由1.3%降至0.5%左右；而当冷却距离大于 5600 一。一延伸率 20mm时，冷却水位置对芯丝力学性能的影响较小. 4200 芯丝的力学性能随冷却水位置的变化规律同样也与 2800 芯丝的非晶化程度有关，随着冷却距离的逐渐增 0.8 1400 大，微丝的冷却速率逐渐降低，当冷却距离大于或等 于20mm时，冷却能力与空冷的效果基本相同，即 100200300400 0 拉丝速度(mmin) 随着冷却距离的逐渐增大，芯丝的非晶化程度逐渐 降低而后保持不变，从而使微丝的抗拉强度和延伸 图5芯丝的抗拉强度和延伸率与拉丝速率之间的关系 率表现出如图7所示的变化规律 Fig.5 Influence of drawing speed on the tensile strength and elon- gation of core"wires 5000 3.2 ·一抗拉强度 在水冷条件下，玻璃包覆FeCoSiB合金微丝虽 4000H 。一延伸率 24 然均为非晶结构，但随着拉丝速率的逐渐增大，芯丝 直径逐渐减小；在相同的冷却条件下，冷却速率相对 2000H 增大，芯丝的非晶化程度随冷却速率的增大而逐渐 增强[]，从而导致芯丝抗拉强度增大，同时延伸率 0.8 1000 也随之略有增大， 尽管拉丝速率为50mmin时，空冷条件下也 40 80 120 160 冷却距离mm 能获得非晶态微丝，但微丝的整体抗拉强度仅为 50MPa左右，在相同工艺参数、水冷条件下制备的 图7芯丝的抗拉强度和延伸率与冷却距离的关系 芯丝抗拉强度为1305MPa,对空冷条件下制得微 Fig.7 Influence of cooling distance on the tensile strength and clon gation of core-wires 丝的显微形貌观察表明，金属芯丝出现了不同程度 的不连续现象（图6），而水冷条件下无此缺陷；文 2.4冷却条件对微丝拉伸断裂行为的影响 献[8]在制备玻璃包覆纯铜微丝时也发现了类似的 图8为经不同拉伸变形后微丝的形貌（微丝样 现象.在空冷条件下（尤其是在拉丝速率较低时）， 品在水冷、拉丝速率为50mmin1及冷却距离为 由于冷却速率较低，在玻璃拉伸区内出现金属液已 5mm的条件下制备)，拉伸变形为0.4%时，微丝玻 经凝固或部分凝固而玻璃包覆层未完全硬化的现 璃包覆层出现裂纹且部分脱落，如图8(a)所示；拉 象，这时玻璃包覆层继续拉伸变形会使芯丝断裂，从 伸变形增大至0.8%时，大片的玻璃包覆层剥落，但 而形成芯丝不连续的现象，芯丝的不连续导致了微 芯丝仍未断裂，如图8(b)所示；当拉伸变形达到 丝整体抗拉强度的降低， 1.2%时，金属芯丝才被拉断，断口形貌如图9所示 其他工艺条件下的微丝样品均表现出上述拉伸 断裂规律，在金属芯丝断裂之前，玻璃包覆层已经 脆断，这表明芯丝还未达到最大应力值时，玻璃包覆 层已经不起作用，即包覆层对芯丝的最大抗拉强度 和延伸率几乎没有影响，所以在本文实验条件下 50 um (玻璃包覆层厚度与金属芯丝直径之比小于0.77 时)，可以将微丝断裂时的最大拉伸力与芯丝的横截 图6金属芯丝的不连续现象 面面积之比近似为芯丝的抗拉强度， Fig.6 Discontinuity of a metal core-wire 图l0为玻璃包覆FeCoSiB合金微丝的拉伸载 在水冷条件下，芯丝的抗拉强度和延伸率与冷 荷位移曲线，此时微丝直径为34.4m,芯丝直径 却水位置之间的关系如图7所示，图7表明：在拉 为21.0m;测量出其最大断裂载荷为0.4349N,位 丝速率200m·min-1的条件下，当冷却距离小于 移为1.10mm.可以看出，微丝在室温下经历的是 20mm时，冷却水位置对芯丝的力学性能影响显著， 单一的弹性变形，而无塑性变形，即屈服和断裂同时 例如，当冷却距离由5mm增加到20mm时，芯丝的 发生，所以可推断微丝的断裂方式为脆性断裂，图5 芯丝的抗拉强度和延伸率与拉丝速率之间的关系 Fig．5 Influence of drawing speed on the tensile strength and elon￾gation of core-wires 在水冷条件下‚玻璃包覆 FeCoSiB 合金微丝虽 然均为非晶结构‚但随着拉丝速率的逐渐增大‚芯丝 直径逐渐减小；在相同的冷却条件下‚冷却速率相对 增大．芯丝的非晶化程度随冷却速率的增大而逐渐 增强［7］‚从而导致芯丝抗拉强度增大‚同时延伸率 也随之略有增大． 尽管拉丝速率为50m·min －1时‚空冷条件下也 能获得非晶态微丝‚但微丝的整体抗拉强度仅为 50MPa左右‚在相同工艺参数、水冷条件下制备的 芯丝抗拉强度为1305MPa．对空冷条件下制得微 丝的显微形貌观察表明‚金属芯丝出现了不同程度 的不连续现象（图6）‚而水冷条件下无此缺陷；文 献［8］在制备玻璃包覆纯铜微丝时也发现了类似的 现象．在空冷条件下（尤其是在拉丝速率较低时）‚ 由于冷却速率较低‚在玻璃拉伸区内出现金属液已 经凝固或部分凝固而玻璃包覆层未完全硬化的现 象‚这时玻璃包覆层继续拉伸变形会使芯丝断裂‚从 而形成芯丝不连续的现象‚芯丝的不连续导致了微 丝整体抗拉强度的降低． 图6 金属芯丝的不连续现象 Fig．6 Discontinuity of a metal core-wire 在水冷条件下‚芯丝的抗拉强度和延伸率与冷 却水位置之间的关系如图7所示．图7表明：在拉 丝速率200m·min －1的条件下‚当冷却距离小于 20mm时‚冷却水位置对芯丝的力学性能影响显著‚ 例如‚当冷却距离由5mm 增加到20mm 时‚芯丝的 抗拉强度从3988MPa 降至2800MPa 左右‚同时延 伸率也由1∙3％降至0∙5％左右；而当冷却距离大于 20mm 时‚冷却水位置对芯丝力学性能的影响较小． 芯丝的力学性能随冷却水位置的变化规律同样也与 芯丝的非晶化程度有关．随着冷却距离的逐渐增 大‚微丝的冷却速率逐渐降低‚当冷却距离大于或等 于20mm 时‚冷却能力与空冷的效果基本相同‚即 随着冷却距离的逐渐增大‚芯丝的非晶化程度逐渐 降低而后保持不变‚从而使微丝的抗拉强度和延伸 率表现出如图7所示的变化规律． 图7 芯丝的抗拉强度和延伸率与冷却距离的关系 Fig．7 Influence of cooling distance on the tensile strength and elon￾gation of core-wires 2∙4 冷却条件对微丝拉伸断裂行为的影响 图8为经不同拉伸变形后微丝的形貌（微丝样 品在水冷、拉丝速率为50m·min －1及冷却距离为 5mm的条件下制备）．拉伸变形为0∙4％时‚微丝玻 璃包覆层出现裂纹且部分脱落‚如图8（a）所示；拉 伸变形增大至0∙8％时‚大片的玻璃包覆层剥落‚但 芯丝仍未断裂‚如图8（b）所示；当拉伸变形达到 1∙2％时‚金属芯丝才被拉断‚断口形貌如图9所示． 其他工艺条件下的微丝样品均表现出上述拉伸 断裂规律．在金属芯丝断裂之前‚玻璃包覆层已经 脆断‚这表明芯丝还未达到最大应力值时‚玻璃包覆 层已经不起作用‚即包覆层对芯丝的最大抗拉强度 和延伸率几乎没有影响．所以在本文实验条件下 （玻璃包覆层厚度与金属芯丝直径之比小于0∙77 时）‚可以将微丝断裂时的最大拉伸力与芯丝的横截 面面积之比近似为芯丝的抗拉强度． 图10为玻璃包覆 FeCoSiB 合金微丝的拉伸载 荷－位移曲线‚此时微丝直径为34∙4μm‚芯丝直径 为21∙0μm；测量出其最大断裂载荷为0∙4349N‚位 移为1∙10mm．可以看出‚微丝在室温下经历的是 单一的弹性变形‚而无塑性变形‚即屈服和断裂同时 发生‚所以可推断微丝的断裂方式为脆性断裂． 第11期 王成铎等： 工艺参数对玻璃包覆铁基合金微丝尺寸、结构和力学性能的影响 ·1439·