商品房买卖合同范本-今年高考日期

第
37
卷　第
2
期
河南师范大学学报
(自然科学版
)
Vol.
37
　
No.
2
　　　 　　　　　　　　　　　
2009
年
3
月
JournalofHen anNormalUniversity
(
NaturalScience
)
Mar.
2009
　　文章编号
:1000-2367
(
2009< br>)
02-0086-03
铜导线断裂痕迹显微组织特征及成因研究
杨晓红
1
,
马子宁
2
,
赵　辉
1
,
孟广伊1
(
1.
沈阳工程学院基础部
,
沈阳
110136;2 .
中国刑警学院
,
沈阳
110035
)
摘　要
:< br>通过模拟实验制作电气线路事故中常见铜导线“机械断裂”、“火烧熔断”、“短路熔断”痕迹样品
.
通过
扫描电镜观察痕迹样品微观形貌
,
科学分析
3
种断 裂痕迹显微组织特征、形成机理
,
提出鉴别铜导线断裂痕迹方法
.
关键词:
扫描电镜
;
铜导线
;
显微组织
中图分类号
:
O482.2
　　　　　　　　　　　　　　　
文献标识码
:
A铜导线是电气线路中最常见导线
,
在各种电气线路事故中经常出现导线断裂现象
.
通过模拟实验制作电
气线路事故中常见铜导线机械断裂、火烧熔断、短路熔断痕迹样品
.
应用扫描电镜对痕迹样品显微组织特征
进行比较、分析成因
,
研究导线断裂 与痕迹显微特征关系
;
提出识别铜导线断裂痕迹方法
;
为判断铜导线断裂原因提供参考
.
1
　实验部分
1.1
　实验仪器
日本< br>HITACHI
(
2006
年制造
)
S
—
3 400N
扫描电镜
,
加速电压
:20kV;
日本
HITAC HI
(
2006
年制造
)
E
—
1010
离 子溅射仪
.
离子电流
:15mA,
溅射时间
:80s
溅射金
:20nm.
1.2
　样品制备
因铜导线断裂痕迹显微特征集中在导线芯线部 分
,
实验中选铜裸导线
(
线径为
0.040mm
)
作为研究
对象
.
用老虎钳将导线弯折断开
,
用铁剪将导线剪断
,
施加外力将导线拉断
,
分别取其“断口”制作“机械断裂”
痕迹样品.
)
时即被熔断
,
熔断处端部再凝固成近似圆珠珠状痕迹称熔将导线在火 焰中灼烧超过铜熔点
(
1083
℃
珠
,
取“火烧熔珠”作为 “火烧熔断”痕迹样品
.
设计短路电路
,
在室温及不同电压
(
4.5
～
220V
)
条件下使导线短路
.
因短路瞬间强烈 电弧产生高温达
2000
℃以上
,
铜导线局部被迅速熔化、气化、甚至造成铜 熔滴飞溅
.
因环境温度较低
,
在导线熔断处瞬间凝
固成具有一定形状 和特征熔痕也称熔珠
,
取“短路熔珠”作为“短路熔断”痕迹样品
.
将上述< br>3
类痕迹样品分别用双面胶固定于电镜样品台上
,
观察样品显微结构特征
.
2
　实验结果讨论分析
2.1
　剪切断口、弯折断口、拉伸断口显微组织 特征
图
1
(
放大倍数
800
)
为剪切断口显微组织
.
特征
:
断口表面较为平整
,
其上为分层次剪切面及剪切力 作用
线
,
且剪切面与剪切力作用线平行
[1]
.
因铜导线受 两侧面上剪切力合力大小相等、方向相反
.
当外力逐渐增加
收稿日期
:200 8-06-18
基金项目
:
沈阳工程学院科研基金资助项目
作者简介
:.
杨晓红
(
1964-
)
,
女
,
山东苍 山人
,
沈阳工程学院副教授
,
主要从事物质微观结构研究

第
2
期　　　　　　　　　　　　　杨晓红等
:
铜导线断裂痕迹显微组织 特征及成因研究
87
时
,
导线将在中间相反方向力交界面处发生错动
,
产生错动面
(
剪切面
)
.
观察断口中间部位形成隆起(
如右上
角低倍相、放大倍数
90
)
表明导线在断裂前经历较大 形变
.
图
2
(
放大倍数
1000
)
为弯折 断口显微组织
.
特征
:
断口表面粗糙、凹凸不平
,
为沿晶穿 晶混合型断口
,
沿
晶小韧窝分布
,
穿晶大韧窝分布
.
由于在导线断口处先正向加载
,
再反向加载
,
使导线弹性极限、金属硬度大
为降低
.
当应力达到一定值时导线快速沿结晶面
(
原子间距离最大、 原子结合键最弱晶面
)
而发生断裂
,
由于
晶界弱化出现韧窝
.
图
3
(
放大倍数
1100
)
为拉伸断口显微组织
.
特征
:
断口呈杯状
,
颈缩明显
(
如右上 角低倍相、放大倍数
90
)
,
为韧窝状混合型断口
,
有方向 性
,
所有韧窝方向与外力方向相同
.
铜导线开始受力时
,
发 生弹性形变
,
随着外力增加导线开始大量朔性变形
,
使导线局部地方截面迅速 减
少产生颈缩现象
.
此时原子间结合力遭到破坏直至断裂
,
使断口呈 杯状
.
2.2
　短路熔痕显微组织特征
不同电压下短路熔珠形状不同呈球形、 椭球形、橄榄形等
.
但其微观组织
(
图
4
放大倍数
1000
)
特征基本
相同
.
熔珠表面分布大量火山口状圆形气孔和金 属缩孔
,
气孔与内部空洞相通
,
金属缩孔不与内部空洞相通
,
内部可见发达枝晶组织
.
短路点处高温铜液极易吸气
,
它与空气中水蒸气反 应
(
2Cu+H
2
O=Cu
2
O+H
2
)
生成大量氢气留在铜液
内
,
瞬间冷却时氢气又从内部析出形成气孔
,
所以气孔与内部空洞相通
.
同时铜液也与空气中氧气反应
(
4Cu< br>+O
2
=2Cu
2
O
)
生成氧化亚铜
(Cu
2
O
)
,
凝固时形成氧化亚铜与铜
(
Cu
2
O+Cu
)
共晶体分布于气孔周围
.
金属
缩孔是 熔融导线在最后凝固部位出现孔洞
.
因短路瞬间高温与环境温度温差极大
,
使 短路熔珠冷却速度快、
过冷度大
[2]
,
造成铜液快速收缩
,
因其凝固收缩过程短
,
液体不能得到有效补缩形成缩孔
.
与短路熔珠相比< br>较
,
火烧熔珠是导线在火焰中灼烧到铜熔点时熔化形成的
,
燃烧温度与 环境温度温差小
,
冷却速度慢、过冷度
小、凝固时间充分
.
铜液收缩 时能够得到有效补缩
,
所以火烧熔珠表面较光滑平整
,
没有气孔和金属缩孔< br>.
金属缩孔内呈现树枝状晶体称枝晶
.
是因金属结晶收缩时得不到充分液体补充
,
在树枝状晶轴之间留下
空隙产生枝晶
[3]
.
受短路电压 、导线线径等不同因素影响枝晶形态也不同
.
图
5
(
放大倍数
2500
)
是导线线径
为
0.040mm
短路电压
4.5 V
熔珠表面金属缩孔内枝晶相
,
枝晶呈芭蕉叶状
,
由晶轴和晶枝组成
,
晶枝较对
称分布在晶轴的两侧
,
枝体较粗
,
在电 镜下测量其枝体直径大约
16um.
图
6
(
放大倍数
160 0
)
是导线线径为

88
河南师范大学学报
(
自然科学版
)
　　　　　　　　　　　　　　　　
2009
年
0.0 08mm
、短路电压为
40V
熔珠表面上一金属缩孔内枝晶相
,
这是 典型的雪花状晶枝、枝体较细
,
在电镜下
测量其枝体直径大约
1
～< br>2um.
由此可见
,
随着短路电压的增大及导线线径的减小
,
电流通过导线产生的焦
耳热会在更短的时间内使导线熔化
,
结果加速了导线的冷却凝固
,
使晶枝分枝程度越高、枝体越细
,
即枝晶组
织呈现明显细化特征< br>[4]
.
2.3
　火烧熔痕显微组织特征
火烧熔珠高倍相
(< br>图
7
放大倍数
1700
)
显示
.
熔珠表面较 光滑平整、无气孔和金属缩孔
.
其显微组织由许
多晶粒和晶界组成
[5].
当熔珠表面冷却到结晶温度时最先出现第一批晶核
,
随着晶核长大
,< br>液态铜中不断产
生新晶核并长大
,
直至液态铜全部消失
,
晶粒 彼此接触形成晶界为止
.
3
　结　论
3
种机械断裂痕迹显微组织特征
:
剪切断口是剪切面与剪切力作用线平行的断口
,
其表面平整
.弯折断
口是沿晶穿晶混合型断口
,
其表面粗糙
.
拉伸断口是具有 方向性韧窝状混合型断口且呈杯状
.
根据它们不同
痕迹特征不仅可以判断导线机械断裂 形式
,
还可以推断是何种机械造成导线断裂
.
短路熔痕显微组织特征
:
熔珠表面分布大量火山口状圆形气孔和金属缩孔
,
气孔周围存在
(
Cu
2
O+Cu
)
共晶体
,
金属缩孔内部有发达枝晶组织< br>.
火烧熔痕显微组织特征
:
熔珠表面较光滑无气孔和金属缩孔
,
由许多
晶粒和晶界组成
.
它们截然不同痕迹特征
,
可以为鉴定人为 火灾还是电气线路短路引发火灾提供参考
.
参　考　文　献
[1]
　杨晓红< br>.
铜导线断裂痕迹形态特征分析
[J].
东北电力技术
,2007,2 8
(
4
)
:24-26.
[2]
　顾林喻
.
高温合金定向凝固枝晶间距与冷却速率的关系
[J].
西安工业学院学报
,1999 ,19
(
2
)
:63-66.
[3]
　朱　虹
,< br>陈　霞
.C60
晶体生长初探
[J].
河南师范大学学报
(< br>自然科学版
)
,1999,27
(
2
)
:28-30 .
[4]
　靳全伟
.
快速凝固中枝晶形态原位观察
[J].
特种铸造及有色合金
,2006,26
(
9
)
:547-549.< br>[5]
　陆景贤
.
金属学
[M].
北京
:
机 械工业出版社
,1997:12-25.
MicrostuctureCharacteris ticsandKeyFactorsStudyofCracksinCopperWires
YAN GXiao
2
hong
1
,MAZi
2
ning
2
,ZHAOHui
1
,MENGGuang
2
yi
1
(
mentofPreparatoryCourses,ShenyangInstituteof Engineering,Shenyang110136,China;
riminalPolice University,Shenyang110035,China
)
Abstract:< br>amplesaremachinefailure
,burnedmeltdownsands hort
2
circuitmeltdownwiresandaremadethrough simulationelectricalcircuitexperimentsinelectri
2
rostucturecharacteristicsandformationmechani smofcopperwirearescientificallyanalyzedandthestud< br>2
yprovidapowerfulreferenceinjudgingthefract uredreasonofcopperwires.
Keywords:
SEM;coppe rwire;microstucture