钢丝热浸镀黄铜新工艺

破断载 荷/ N
捻制合 格率/ %
热浸镀
2 ×0. 30
415. 7
99. 0
常规工艺 2 ×0. 30
445 ±40
> 96
对结构为 2 ×0. 30 钢帘线抗腐蚀性能的交流阻 抗检测结果见表 4 。从表 4 可以看出 ,热浸镀生产 的钢帘线的抗腐蚀性能比常规生产的高 40 %。
表 4 用热浸镀和常规方法生产钢帘线的腐蚀性能
1 热浸镀的优点 把韧化处理和热扩散镀黄铜改为一步法热浸镀
黄铜技术具有如下优点 。 (1) 节省原料 。在传统的燃气炉中 ,由于钢的氧
化引起原料损耗很大 ,相比之下 ,熔融黄铜作为保护 介质防止了淬火过程中钢丝的氧化 。
(2) 粘合性能好 。黄铜和钢基体的扩散结合力 要大于通过分步法电镀得到的电沉积结合力 。
1 修正的 Goodman 定律 修正的 Goodman 定律是计算在变化应力作用下
金属疲劳强度的经验公式 ,其数学表达式为 :
Sa = S (1 -
Sm) Su
(1)
式中 : Sm ———平均应力 ; Sa ———有关的交变应力 ; S ———弯曲疲劳极限 ; S u ———抗拉强度 。
用式 (1) 可以估算钢丝在 S a 和 Sm 作用下的弯 曲疲劳极限 。Sa 和 Sm 由钢帘线的结构和材料性能 计算得出 , S 和 S u 由实验数据得出 。
原文出自 Wire Journal Intertional 2000 (5) :132～136
韧化处理的钢丝 、拉拔后的细丝及成品钢帘线 的力学性能比较见表 1 、表 2 、表 3 ,所有的性能和常 规生产的钢丝相同 。
图 7 常规电镀工艺生产的细丝拉拔后 的俄歇能谱曲线
表 1 淬火钢丝力学性能
工艺
直径/ mm
抗拉强度/ 延伸率/
MPa
%
面缩率/ %
热浸镀
1. 79
常规工艺 1. 79
1 180 1 200
为了提高效率 ,黄铜在高频感应加热石墨坩锅 中熔融 ,保持 975 ℃,试验所用的原料是已经预先合 金化的黄铜锭 ,而不需进行配制 。
钢丝韧化处理试验依据 AISI 1080 普通碳素钢 丝的生产标准 ,中拉后得到不同直径的钢丝 ,在碱性 溶液中用超声波进行清洗 ,然后涂助镀剂 ,防止钢丝 表面氧化 ,增强黄铜和钢基体的粘合性能 。
图 2 热浸镀钢丝显微组织 (片间距 0. 18μm)
·20 ·
金 属 制 品
钢丝质量与显微组织的一致程度在细丝拉拔性 能和抗拉强度上也能够得到反应 ,钢丝表面缺陷被 黄铜镀层完全覆盖的过程如图 3 所示 。
第 30 卷
图 3 热浸镀后的优质 层
热浸镀钢丝和用常规方法生产钢丝的俄歇能谱 曲线分别如图 4 和图 5 所示。为了对数据进行分析 , 必须计算出锌 、铁和铜的含量 。两种方法生产的钢丝 在铜峰值出现处的 Zn/ Cu 比均为 0. 26 ,然而铜峰所出 现的深度不同 ,热浸镀黄铜钢丝的铜峰出现在 12 500 ≅ 处 ,常规方法的钢丝铜峰出现在 3 000 ≅ ,而在同样 的深度 ,前者 Fe/ Cu 比为0. 43 ,后者的 Fe/ Cu 比为 0. 03 ,结果表明了铜、锌在钢中的扩散能力。
(6) 改善表面缺陷 。熔融黄铜黏附于钢丝表面 , 填充了钢丝表面缺陷并形成均匀的覆盖层 。
2 试验过程 在传统生产过程中 ,高碳钢丝的韧化处理是把
钢丝加热到 975 ℃的奥氏体化温度 ,然后在 535～ 560 ℃进行等温转变 。由于此奥氏体化温度与 65/ 35 黄铜合金的熔化温度相同 ,这为用熔融黄铜作为 钢的奥氏体化加热介质提供了天然优势 。
工艺
电流极化电阻/ mAmp
腐蚀性能改善 百分数/ %
常规工艺
2 008
—
热浸镀
2 805
40
4 结论 新的钢丝韧化处理和热浸镀一步镀黄铜方法主
要适用于需要韧化处理和镀黄铜工艺的钢帘线生产 中 。此方法能够改善成品质量 ,消除常规工艺路线 的繁琐步骤 。但在防止锌层氧化 ,精确控制温度和 镀层厚度方面还需做进一步的研究 。
对钢的疲劳极限百度文库究表明 , Goodman 定律对于 不同负荷条件下钢的疲劳极限提供了近似算法 ,它 与钢的种类及力学性能无关 。
S u 可由钢丝的标准抗拉强度试验 [ 钢丝 、钢绞 线 、钢帘线和钢丝网的 ASTM 试验 (D 2969) ]获得 。
S 可由亨特疲劳试验获得 ,在转杆式疲劳试验 机上进行 。亨特疲劳试验示意图如图 1 所示 。在试 验中 ,钢丝弯曲成弓形 ,一端固定在驱动电动机的卡
9. 06 10. 00
57. 8 > 40. 0
第30卷 增 刊 Vol130 Supplement
金 属 制 品 Steel Wire Products
2004 年 5 月
May
2004
钢帘线在不同弯曲疲劳条件下的疲劳极限估算
Zhibin Zhang 著 宋 为 编译
表 2 拉拔细丝力学性能
工艺
直径/ mm
抗拉 强度/ MPa
延伸 面缩 率/ % 率/ %
扭转/ 次
热浸镀 0. 301 3 040 2. 48 30. 9 50 (不分层)
常规工艺 0. 300 3 200 > 2. 50 > 30. 0 > 40 (不分层)
表 3 钢帘线力学性能
工艺
钢帘线结构
(3) 抗腐蚀性能好 。热浸镀黄铜的扩散结合强 度使钢丝抵御腐蚀破坏的能力增强 。
(4) 降低成本 。热浸镀技术把传统方法的钢丝 韧化处理 、酸洗 、镀铜 、镀锌 、热扩散工序合为一步进 行 ,提高了生产效率 ,降低了生产成本 。
(5) 改善了钢丝的组织性能 。热浸镀铜槽的热 传递效率比传统的燃气加热炉高而且传热均匀 ,韧 化处理后钢丝组织均匀一致 。
钢丝热浸镀黄铜后用常规的水箱拉丝机拉拔 , 在3. 57真应变下拉拔到 0. 30 mm。用俄歇能谱分 析仪对热浸镀和湿拉后的黄铜镀层的扩散结合情况 进行检测 ,用交流阻抗仪对结构为 2 ×0. 30 钢帘线 的抗腐蚀性能进行检验 。 3 结果
钢丝的显微组织为片层间距为 0. 18μm 的全珠 光体组织 ,如图 2 所示 。
关键词 钢帘线 ;弯曲疲劳 ;疲劳强度 ;应力分析 ;估算 中图分类号 TG113. 25
钢帘线使用中一个重要问题是其疲劳寿命 。对 钢帘线疲劳性能的描述和估算的关注 ,以及如何根 据实验室数据推断钢帘线在轮胎中的性能 ,对钢帘 线增强作用的研究者提出了巨大的挑战 。笔者曾提 出了一种在不同弯曲疲劳条件下估算钢帘线疲劳极 限的方法 ,此方法以修正的 Goodman 定律为基础 ,根 据钢帘线中受力最严重的钢丝的疲劳极限来估算不 同弯曲疲劳条件下钢帘线的疲劳极限 。本文通过实 验室三辊弯曲疲劳试验验证该方法 。
钢丝清洗和涂助镀剂后 ,进入熔融黄铜进行韧化 处理和镀铜 ,浸镀时间根据钢丝直径及所需要的组织
优化时间而定 ,一般在 6～10 s。完整的热浸镀过程 如图 1 所示。通过试验发现 ,钢丝出线方向与平面成 20°角时 ,毛细吸附效果最好 ,得到均匀一致的镀层。
图 1 热浸镀过程示意图
韧化镀铜钢丝在空气中冷却到室温 ,由于缺少 气氛控制 ,在钢丝表面形成氧化锌薄膜 ,这一薄层在 后面的磷酸槽中清除 。
图 5 常规方法生产电镀钢丝的俄歇能谱曲线
图 6 热浸镀技术生产的钢丝拉拔到 0. 30 mm 的俄歇能谱曲线
图 4 热浸镀钢丝的俄歇能谱曲线
黄铜和钢基体之间较强的扩散能力在拉拔的细 丝中也得到了证明 ,如图 6 和图 7 所示 ,在热浸镀黄 铜钢丝拉拔的细丝中发现 ,随着铁量的增加 ,铜和锌 量保持不变 ,而对于常规方法生产的黄铜钢丝拉拔 的细丝情况却不是如此 ,当铁量在最低值时 (即随铁 量增加) ,铜和锌量急剧降低 。
第30卷 增 刊 Vol130 Supplement
金 属 制 品 Steel Wire Products
2004 年 5 月
May
2004
钢丝热浸镀黄铜新工艺
Anand W. Bhagwat Eddie F. Riggenbach 著 王文胜 李居强 编译
关键词 钢丝 ;热浸镀 ;韧化处理 ;镀黄铜 ;工艺 中图分类号 TG352. 27