钢丝水浴处理工艺及钢丝绳疲劳特性研究

发布时间：2017-09-01 06:21

  本文关键词：钢丝水浴处理工艺及钢丝绳疲劳特性研究

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【摘要】：随着现代工业的蓬勃发展,钢丝绳的应用越来越广泛,其服役环境和性能要求也日益严苛。为满足市场要求,进一步提高钢丝绳的力学性能,钢丝绳企业也在钢丝拉拔、热处理、捻制每一个环节都不断改进及优化生产工艺。目前,制绳钢丝的热处理仍主要为传统的铅浴处理工艺,由于其高能耗、高污染以及人们环境保护意识的增强,日益引起业内人士的高度重视,因此寻找代替铅浴处理的绿色热处理工艺成为亟待解决的课题。本文结合KSC72A钢制绳钢丝生产实际,探究了钢丝在拉拔过程中组织与性能的变化关系及其硬化机理。对Ф0.8mm制绳钢丝采用碱性聚丙烯酸类(AQ110)水溶性介质的水浴代铅索氏体化处理工艺进行了探索试验。研究了钢丝在不同奥氏体化温度和奥氏体化时间,以及水浴处理时间对钢丝组织和性能的影响。模拟汽车电动门窗升降器用钢丝绳实际工况,进行了弯曲疲劳试验,研究了经水浴处理的钢丝绳的疲劳性能和断裂机理。研究结果表明:(1)制绳钢丝在拉拔过程中,随着应变量增加,珠光体团发生扭曲,片层间距减小,并趋于平行排列,钢丝抗拉强度和硬度呈线性提高。TEM进一步分析表明,随钢丝拉拔变形,铁素体内出现高密度位错,细晶、亚结构,渗碳体片发生拉伸、扭曲变形甚至碎化等是钢丝硬化的主要机制。(2)随着钢丝奥氏体化加热温度的升高,奥氏体晶粒长大。当奥氏体化加热温度由1005℃升高到1025℃时,钢丝的抗拉强度从1220MPa提高到1244MPa,强度略有提高,仅为24MPa。但当奥氏体化加热温度高于1025℃时,强度出现明显下降,其面缩率在加热温度高于1015℃时出现明显下降。随着奥氏体化时间的延长,钢丝的抗拉强度总体呈上升趋势,当收线速度从68m/min降低到60m/min时,钢丝抗拉强度提高26MPa左右,面缩率由57%到58.2%,略有上升。当收线速度小于60m/min时,抗拉强度变化很微小只有10Mpa左右,而面缩率下降明显,从58.2%下降到52.7%。当水浴槽长度为25cm时,有沿奥氏体晶界析出铁素体,当水浴槽长度为35cm时,铁素体基本消失,渗碳体出现碎化、扭曲。随水浴时间延长,钢丝索氏体团尺寸和索氏体片层间距呈减小趋势,当水浴槽长度大于50cm时趋于稳定,抗拉强度和面缩率也基本稳定,分别为1260MPa和54%左右。综合考虑,选择奥氏体化加热温度为1015℃、收线速度为60m/min、水浴槽长度为50cm。(3)钢丝绳疲劳最先发生在接触应力较大的中心股,对断口统计分析发现,中心股钢丝全疲劳断口,而侧股钢丝70%为杯锥状拉伸断口。靠滑轮一侧钢丝疲劳断口扩展区较中心股钢丝明显缩小,可以判断为后期疲劳断裂。弯曲外侧钢丝95%为过载拉伸断口,有明显的缩颈。
【关键词】：钢丝绳 拉拔 水浴处理 显微组织 力学性能 疲劳
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG356.46;TG162.85
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-27
• 1.1 钢丝绳分类及发展现状12-16
• 1.1.1 钢丝绳分类12-14
• 1.1.2 钢丝绳产业的现状及发展方向14-16
• 1.2 钢丝绳及制绳钢丝选材及生产工艺16-18
• 1.2.1 钢丝绳及制绳钢丝选材16
• 1.2.2 钢丝绳及制绳钢丝生产工艺流程16-17
• 1.2.3 制绳钢丝拉拔预处理17
• 1.2.4 制绳钢丝拉拔17-18
• 1.2.5 制绳钢丝热处理18
• 1.3 钢丝拉拔变形18-20
• 1.3.1 钢丝拉拔变形受力分析18-19
• 1.3.2 钢丝拉拔变形19-20
• 1.3.3 钢丝拉拔加工硬化20
• 1.4 制绳钢丝热处理20-24
• 1.4.1 制绳钢丝铅浴处理20-22
• 1.4.2 制绳钢丝水浴处理22-24
• 1.5 钢丝绳疲劳性能24-26
• 1.5.1 钢丝绳受力情况分析24-25
• 1.5.2 钢丝绳失效25-26
• 1.6 课题研究的意义26-27
• 第二章 实验材料与方法27-36
• 2.1 试验研究路线27-28
• 2.2 实验材料28-29
• 2.3 试验方法29-32
• 2.3.1 钢丝拉拔过程组织性能研究29
• 2.3.2 钢丝水浴处理试验29-32
• 2.3.3 钢丝绳疲劳性能试验32
• 2.4 钢丝组织结构分析32-34
• 2.4.1 金相组织观察32-33
• 2.4.2 扫描电镜观察（SEM）33
• 2.4.3 透射电子显微镜观察（TEM）33-34
• 2.4.4 X射线衍射分析（XRD）34
• 2.5 钢丝性能试验34-36
• 2.5.1 抗拉强度和面缩率34
• 2.5.2 钢丝显微硬度34
• 2.5.3 电阻率测试34-36
• 第三章 钢丝拉拔过程组织及性能演变36-50
• 3.1 钢丝拉拔过程组织结构演变36-44
• 3.1.1 珠光体变形特征分析36-40
• 3.1.2 透射电镜（TEM）分析40-42
• 3.1.3 钢丝XRD分析42-44
• 3.2 钢丝拉拔过程性能变化44-47
• 3.2.1 拉伸性能44-45
• 3.2.2 显微维氏硬度45-46
• 3.2.3 钢丝电阻率分析46-47
• 3.3 制绳钢丝强化分析47-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第四章 钢丝水浴处理工艺探究50-68
• 4.1 水浴处理介质的选择50-52
• 4.1.1 水浴介质理化性质50
• 4.1.2 水浴介质冷却特性测定50-52
• 4.2 钢丝水浴处理工艺探究52-66
• 4.2.1 奥氏体化温度对钢丝组织和性能的影响52-55
• 4.2.2 奥氏体化时间对钢丝组织性能的影响55-59
• 4.2.3 水浴处理时间对钢丝组织性能的影响59-66
• 4.2.3.1 钢丝经不同水浴处理时间后的显微组织59-63
• 4.2.3.2 钢丝不同水浴处理时间力学性能63-66
• 4.3 本章小结66-68
• 第五章 钢丝绳疲劳性能研究68-79
• 5.1 汽车柔性钢丝绳疲劳试验68-70
• 5.1.1 研究背景68
• 5.1.2 电动门窗升降器用钢丝绳及性能要求68-70
• 5.1.3 试验方法70
• 5.2 钢丝绳疲劳试验结果分析70-76
• 5.2.1 钢丝绳宏观断丝统计70-74
• 5.2.2 钢丝绳典型断口分析74-76
• 5.3 钢丝绳受力及断裂行为76-78
• 5.3.1 钢丝绳受力分析76-77
• 5.3.2 中心股钢丝断裂行为77-78
• 5.3.3 侧股钢丝断裂行为78
• 5.4 本章小结78-79
• 第六章 结论与展望79-81
• 6.1 结论79-80
• 6.2 展望80-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86
• 硕士期间发表论文86

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本文编号：770440