技术领域
[0001] 本
发明属于
镀锌钢丝技术领域,具体涉及一种钢丝及其制造方法。
背景技术
[0002] 镀锌
钢丝绳被广泛应用与工业、航空航天、起重运输机械等场合,按照镀锌镀层的生产方法可分为冷镀锌和热镀锌两种,冷镀锌即为
电镀锌。
热浸镀锌工艺生产出的镀锌镀层可以达到更厚,致
密度也更好,而且由于热浸镀锌过程中形成了
铁锌
合金,使得镀层耐
腐蚀性能也更好。然而,经
过热浸镀锌工艺生产出的钢丝表面铁锌合金相中存在较多硬度高塑性差的铁锌合金相,钢丝抗疲劳性能不高,在发生较大塑性
变形的过程中,对模具的损伤大,模具换模周期短,
拉拔速度低,在提升拉拔速度时,会引起钢丝表面色泽变化。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种钢丝及其制造方法,以解决
现有技术中热浸镀锌在钢丝表面形成较多硬度高塑性差的铁锌合金相,钢丝抗疲劳性能不高的技术问题。
[0004] 为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种钢丝,包括钢丝基体,钢丝基体外是镀层,所述镀层主要包括FeZn8.87相和FeZn10.98相。
[0005] 所述镀层还包括FeZn13相,FeZn13
相位于FeZn8.87相和FeZn10.98相的外侧。
[0006] 所述镀层的厚度为0.1μm 5.0μm。~
[0007] 所述钢丝基体的直径为0.06mm 0.50mm。~
[0008] 一种钢丝的制造方法包括以下步骤:准备钢丝
母材;
对钢丝母材进行电镀锌处理,获得电镀锌钢丝;
将电镀锌钢丝进行
热处理,得到半成品钢丝;
对半成品钢丝进行拉拔处理,得到成品钢丝。
[0009] 所述热处理是中频感应热处理、明火炉热处理、电加热热处理中的任一种。
[0010] 所述半成品钢丝包括半成品钢丝基体,所述半成品钢丝基体外是铁锌合金层,铁锌合金层外是纯锌层。
[0011] 所述半成品钢丝包括半成品钢丝基体,所述半成品钢丝基体外只有铁锌合金层。
[0012] 所述铁锌合金层主要包括FeZn8.87相、FeZn10.98相和FeZn13相,FeZn13相位于FeZn8.87相和FeZn10.98相的外侧。
[0013] 与现有技术相比,本发明所达到的有益效果:本发明中的钢丝具有较好的
耐腐蚀性,且相比其他镀层的钢丝能够获得较高的抗疲劳性能。
附图说明
[0014] 图1是本发明
实施例提供的一种钢丝的截面示意图;图2是本发明实施例提供的一种钢丝的半成品钢丝截面示意图;
图3是对钢丝进行疲劳试验的弯曲疲劳机的示意图;
图4是本发明实施例提供的一种钢丝弯曲疲劳试验次数与其他镀层钢丝的对比;
图中:1.钢丝基体;2.镀层;3.半成品钢丝基体;4.铁锌合金层;5.纯锌层;7.固定的套筒;8.可旋转夹头;9.断保引线;10.断保;12.试验钢丝。
具体实施方式
[0015] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0016] 本发明所述钢丝的
制造过程中第一阶段是选择钢丝母材。钢丝的组分为:0.3%~1.15%的C,0.1% 1.1%的Mn,0.1% 0.9%的Si,S与P的含量不超过0.15%,最好是低于0.1%或更~ ~
低;额外增加的微
合金元素如Cr含量可高达0.2% 0.4%,Cu可高达0.2%。钢丝可以是经过拉~
拔的或未经过拉拔的,可以是经过热处理的或未经过热处理的,优选的是经过拉拔以及经过热处理后的钢丝。在本实施例中,选用直径为Ф1.2mm的光面钢丝,光面钢丝有直径为Ф
5.5mm的盘条经过粗中拉以及两次热处理,盘条的成分为0.723%C、0.2%Si、0.51%Mn、0.01%P、0.007%S、0.022%Cr、0.008%Cu以及其它不可避免的微量元素。
[0017] 第二阶段,对第一阶段的钢丝进行电镀锌处理,获得电镀锌钢丝,此阶段获得的钢丝与现有技术下生产的电镀锌钢丝一样,表面为纯锌层。
[0018] 第三阶段,对第二阶段的电镀锌钢丝进行中频感应热处理或者明火炉热处理或者电加热热处理,获得电镀热处理的半成品钢丝。而根据热处理过程工艺的不同,如中频的功率不同,半成品钢丝表面可以包括纯锌层和铁锌合金层,如图2所示,或仅为铁锌合金层。铁锌合金层位于纯锌层和半成品钢丝基体之间,铁锌合金层主要包括FeZn13相、FeZn8.87相和FeZn10.98相,其中FeZn13相分布于铁锌合金层的外层,与纯锌层相接,FeZn8.87相与FeZn10.98相分布于铁锌合金相的内层,与半成品钢丝基体相接。本实施例采用中频感应热处理,即中频热扩散,热处理后进行
磷酸酸洗。现有技术中,可通过制作电镀热处理钢丝的横截面金相试样,然后借助扫描电镜和EDS能谱分析来鉴定镀层的元素成分。采用这种方法的确可以表征出电镀热处理钢丝表面的纯锌层和铁锌合金层,但是却不能区分出具体的铁锌合金相成分。本发明中电镀热处理钢丝表面的铁锌合金层结构特征可通过如下方式进行判定。首先,取长度约20cm长的电镀热处理钢丝一段,并将钢丝的一段固定于可主动旋转的机械夹头上,另一端固定于可旋转的夹头上,类似钢丝绳解捻仪的设备。开启电源后,使钢丝随着主动旋转的夹头以固定的速度一起旋转,然后使用600目的
砂纸从旋转夹头的一端向另一端进行擦拭,使电镀热处理钢丝表面的镀层逐渐减少。根据本发明,镀层最外层为纯锌层,因此在电镀热处理钢丝擦拭较短的时间后,钢丝表面的纯锌层会最先磨损掉,通过对其进行钢丝表面
X射线衍射检测后,可发现在谱图上纯锌层的特征峰会消失。使用同样的方法可以对铁锌合金中FeZn13相、FeZn8.87相和FeZn10.98相的分布特征进行判定。
[0019] 第四阶段,对第三阶段电镀热处理后的半成品钢丝进行拉拔处理,获得所需直径的成品钢丝,成品钢丝的钢丝直径范围为0.06mm 0.50mm,常用0.15mm 0.28mm,钢丝的镀层~ ~厚度为0.1μm 5.0μm。如图1所示,成品钢丝的结构为内层是钢丝基体,钢丝基体外是镀层,~
镀层主要包括FeZn8.87相和FeZn10.98相。成品钢丝的另一种结构为镀层主要包括FeZn8.87相、FeZn10.98相和FeZn13相,FeZn13相位于FeZn8.87相和FeZn10.98相的外侧。在本实施例中将Ф1.2mm光面钢丝经过电镀锌-中频热扩散-磷酸洗工序后,拉拔至直径为Ф
0.21mm的钢丝,钢丝表面锌层重量检测结果为15.5g/kg。
[0020] 本发明中的钢丝在进行弯曲疲劳测试过程时,能够达到较高的弯曲疲劳次数。钢丝弯曲疲劳性能的检测方法如下,如图3所示,图3为钢丝弯曲疲劳检测试验机的简单模型,钢丝弯曲疲劳检测过程中,首先截取长度一致的钢丝试样,其中,试样长度的选择标准按照公式(1)、(2):L=2.19*C+28 (1)
C=1.198*E*d/S (2)
其中,L为试样的长度;C为固定的套筒与可旋转夹头之间的距离;E为材料的
弹性模量;
d为钢丝的直径;S为弯曲疲劳测试时的应
力条件,测试时均选择为1200MPa。根据弯曲疲劳检测时对样品长度的要求计算可知,本实施例所述钢丝进行弯曲疲劳试验时样品应满足:C=1.198*199955*0.21/1200=41.92mm,L=2.19*C+28=119.8mm。表1即是本发明实施例所述Ф
0.21mm钢丝的弯曲疲劳检测数据。
[0021] 由于需要留出固定的套筒与可旋转夹头中加持的部分,因此试样长度要进行补偿,补偿的长度即为28mm。将截取的钢丝试样一端用疲劳机的可旋转夹头进行夹紧,调整好固定的套筒与可旋转夹头之间的距离后,将试样的另一端插入固定的套筒的模孔中。可旋转夹头具有主动旋转功能,能够按照固定的频次进行旋转;固定的套筒不具有夹紧功能,根据试样直径的不同,固定的套筒的孔径进行调整,使得固定的套筒的模孔大于试样直径。试样固定后,将断保触发装置按照如图所示的
位置摆在试样的两端。最后开启疲劳试验机,试样在可旋转夹头的作用下持续旋转,旋转一周可以等效为钢丝的一次弯曲过程。
[0022] 图4是本实施例所述钢丝的弯曲疲劳试验次数与其他镀层钢丝的对比,如图4所示,本发明中的钢丝相比其他镀层的钢丝能够获得较高的疲劳次数。
[0023] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。