70＃高碳钢丝水浴淬火工艺及其对组织性能的影响

摘要

用于生产钢丝绳的半成品原料在实际生产过程中通常会进行淬火处理，淬火方式常采用铅浴淬火。但铅浴对环境和人体有害，于是新型的节能环保的水浴淬火方式开始成为热门课题。本文通过对70＃钢的组织转变行为进行分析，选取90℃、9％的聚丙烯酸钠溶液作为水浴淬火介质，采用双段式水浴淬火方式，研究钢丝不同的收线速度和不同第一区水浴浸入长度对钢丝组织性能的影响，确定适当的水浴淬火工艺；对优化后的水浴与铅浴的钢丝组织性能进行比较，研究水浴和铅浴处理对钢丝加工硬化行为及力学性能的影响。
　　利用热膨胀法研究了70＃高碳钢连续加热-冷却相变及等温冷却相变行为，建立了奥氏体和珠光体相变动力学模型，再通过有限元仿真双段式水浴淬火过程中各个阶段的温度场，确定了70＃钢丝在水浴淬火中的冷却曲线。进一步基于70＃高碳钢连续冷却转变CCT和等温转变TTT图的计算，揭示了水浴淬火代替铅浴淬火的可行性并指导了水浴淬火工艺的设计。
　　70＃钢丝水浴淬火时，在第一区水浴浸入长度相同时，随收线速度的增加，索氏体团的尺寸变小，索氏体片间距增大，硬度变化不大，钢丝的抗拉强度降低，塑性提高，综合考虑选取24m/min的收线速度为宜。在收线速度相同时，随第一区水浴浸入长度的增加，索氏体团的尺寸几乎不变，索氏体片间距减小，钢丝的抗拉强度升高，塑性降低。通过对显微组织和力学性能的综合分析，确定收线速度为24m/min，第一区水浴浸入长度为1300mm为70＃钢丝水浴淬火适宜的生产工艺。
　　优化后的水浴淬火工艺和铅浴工艺都可以得到索氏体组织，水浴后的索氏体组织相对铅浴后的略有增大。水浴淬火后钢丝抗拉强度比铅浴淬火工艺后的钢丝略微低一点，维氏硬度值、扭转次数和断后伸长率基本接近。
　　基于修正的Ludwik模型建立了铅浴和水浴淬火钢丝的拉伸变形硬化模型，两者应变硬化系数 K和应变硬化指数 n相当，表明水浴淬火钢丝具有良好的冷拉拔工艺性能。水浴淬火索氏体化后经过多道次水箱冷拉拔的钢丝拉伸强度、塑性及扭转次数满足70＃冷拉钢丝力学性能及钢丝绳捻制工艺要求。水浴淬火工艺处理后冷拉拔钢丝捻制的钢丝绳性能与铅浴淬火相当，完全可以代替铅浴淬火。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 水浴淬火工艺及其相关理论的发展概况

1.3 制绳用高碳钢丝水浴淬火生产的工艺流程

1.4 高碳钢丝的冷拉拔工艺及强化机制

1.5 高碳钢丝热处理水浴淬火工艺及影响因素

1.6 本文研究的主要内容

第2章 试验材料和试验方法

2.1试验材料

2.2钢丝的力学性能测试

2.3高碳钢丝的显微组织分析

第3章 70#高碳钢组织转变行为与水浴淬火工艺设计

3.1 相变点的测定

3.2 70#钢连续加热奥氏体转变动力学

3.3 70#钢连续冷却珠光体转变动力学

3.4 70#钢CCT与TTT曲线的计算

3.5 水浴淬火过程的模拟

3.6 水浴淬火索氏体化可行性分析与工艺设计

3.7 本章小结

第4章 水浴淬火工艺对70#高碳钢丝的组织和性能的影响

4.1收线速度对钢丝组织和力学性能的影响

4.2水浴第一区浸入长度对钢丝组织和力学性能的影响

4.3高碳钢丝水浴和铅浴处理后组织和力学性能对比

4.4本章小结

第5章 水浴淬火对70#高碳钢丝的冷拉工艺性及钢丝绳性能的影响

5.1水浴淬火工艺对70#高碳钢丝冷拉工艺性的影响

5.2水浴淬火工艺对胶带钢丝绳性能的影响

5.3水浴淬火高碳钢丝的扭转断口分析

5.4本章小结

结论

参考文献

附录

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致谢

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