桥梁缆索用钢丝热浸镀Zn-5Al-XRE与Zn-Cu-Ti合金的工艺和性能研究

发布时间：2020-06-13 03:07

【摘要】：随着桥梁建设的发展,对桥梁缆索用钢丝的力学性能和耐蚀性能要求越来越高。在Zn-5Al合金中添加适量的稀土元素可以改善镀层的组织结构及耐蚀性能。Zn-Cu-Ti合金具有优良的力学性能和耐蚀性能,以Zn-Cu-Ti合金做为热浸镀材料应用到桥梁缆索用钢丝鲜有报道。本文以Zn-5Al-XRE和Zn-Cu-Ti合金镀层钢丝为研究对象。借助光学显微镜、扫描电子显微镜、万能试验机、缠绕试验、X射线衍射仪、CuSO_4试验、中性盐雾腐蚀试验、电化学工作站等试验设备和方法。研究了添加不同含量的稀土元素对Zn-5Al合金镀层钢丝的组织和性能的影响。另外,探索了Zn-Cu-Ti合金应用在高强度桥梁缆索用钢丝上的最佳热浸镀工艺。得出以下结论:(1)Zn-5Al-XRE合金镀层钢丝比Zn-5Al合金镀层钢丝的镀层组织更加致密、均匀,镀层与基体的结合力更好。其中稀土元素含量为0.08%的Zn-5Al-0.08RE合金镀层钢丝的抗拉强度和耐蚀性表现的最好。(2)热浸镀时间为15s和40s的Zn-Cu-Ti合金镀层钢丝表面质量较差,镀层出现锌瘤等缺陷。在弯曲缠绕时镀层表面出现起皮、开裂。且热浸镀为15s的Zn-Cu-Ti合金镀层钢丝镀层的结合力较差。20s~35s时间参数下的Zn-Cu-Ti合金镀层钢丝表面质量表现优良。随着热浸镀时间的延长,Zn-Cu-Ti合金镀层钢丝的抗拉强度呈现一个整体下降的趋势,但下降趋势较小。热浸镀时间为30s参数下的Zn-Cu-Ti合金镀层钢丝耐蚀性表现的最好。比较热浸镀时间为30s下的Zn-Cu-Ti合金镀层钢丝与Zn-5Al合金镀层钢丝的抗拉强度和耐蚀性能,Zn-Cu-Ti合金镀层钢丝均优于Zn-5Al合金镀层钢丝。
【图文】：

悬索桥,斜拉桥,钢丝

其可以用于在大的受力件上。其次，钢丝有着的良好的耐蚀性能，使用寿命较长，可以长期使用，节约成本。随着人们对金属理论研究的发展，特别在钢丝产品的研究上，得出钢丝中含有大量的索氏体会增加钢丝的塑性和韧性，经过拉拔后钢丝会有一个很高的抗拉强度。利用这种优良的性能，慢慢的钢丝应用到桥梁缆索上，，满足现代交通工业发展的需要。当前，依据钢丝所使用的部位，桥梁缆索用钢丝分斜拉索钢丝和悬索主缆钢丝，两种钢丝分别应用在大跨度的斜拉桥和悬索桥上。斜拉桥经常被人们称为斜张桥，它是一种由主塔两边连接着斜拉索将主梁吊起的结构，类似于三角形[1]。这种斜拉索桥梁结构简单、搭配合理，是一种常见的桥型。悬索桥相对于斜拉桥，其跨越能力更强，悬索桥又称为吊桥。是一种由主缆、主塔、锚碇、加劲梁和吊索组成，主缆会由多根索股组成，索股就是由多根高强度热浸镀钢丝组合而成[2]。如图 1.1 为斜拉桥和悬索桥图。两种类型的桥梁主要使用在宽度较大的河流、湖泊、江海等地方。斜拉索钢丝和悬索主缆钢丝在桥梁上的主要作用是承重、传力，是支撑起桥梁的主要结构。由于斜拉索钢丝和悬索主缆钢丝组成的桥梁缆索会一直承受着动载荷和静载荷，还长期处在风雨、潮湿的环境中工作。易遭受应力、疲劳、腐蚀等各种形式的破坏，致使缆索失效、桥梁结构受损。可能引起安全事故或者经济上的损失。因此提高桥梁缆索用钢丝的强度以及耐蚀性能对桥梁缆索建设上有着重要的意义[3]。

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南京航空航天大学硕士学位论文热轧的盘条经过存放、运输过程，表面会生锈且生成一层硬脆的氧化皮。这些氧化皮如果不处理的话，不利于盘条与钢丝的拉拔。造成钢丝表面缺陷，影响钢丝性能。桥梁缆索用钢丝去除盘条氧化皮的方法一般都采用盐酸浸洗。盐酸浸洗时要根据盘条的氧化皮和生锈情况调整盐酸的浓度和浸洗时间，保证氧化皮去除干净的同时，也要防止因为浸洗时间过长而降低盘条的表面质量。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4

【参考文献】