R型锁销用不锈钢丝生产工艺研究

来源:实用热处理手册作者:热处理网

    王学彤 张长征
    1、R型锁销钢丝技术要求
    R型锁销用钢丝是一种异型断面不锈钢丝,生产技术难度大。其技术要求为:
    材料 1Cr18Ni9(奥氏体不锈钢)
    化学成分 符合GB4237-84(热)的要求
    硬度 HV150-200
    弯曲试验 取长50mm试样,用木锤将试样在半径为4mm的钢垫上弯曲成75°,弯曲后试样不开裂
    表面 洁净有光泽,粗糙度Ra≥0.8μm,无麻点和锈痕叠层
    侧弯 1m长钢丝侧弯不大于3mm
    R型锁销用钢丝断面形状如图1所示。
    2、生产工艺的制订
    从R型锁销用钢丝的技术要求来看,其生产的难点在于断面的成型和表面硬度的控制两方面。
    2.1断面成型方法的确定
    通过对R型锁销用钢丝的技术要求进行分析,认为采用冷加工方式可以满足要求,在冷加工方式中又以拉拔和轧制最常用。拉拔有模拉和辊模拉拔两种,其中辊模拉拔的更适合非圆断面即异型丝的加工,因此采用辊拉模拉拔。而轧制方式中以二辊孔型轧制为常见的工艺,也最成熟。由于两种成型加工方式在设备结构上的不同,所以在加工异型断面的钢丝方面互有长短,主要体现在以下几个方面。
    (1)钢丝的受力状态不同。辊拉时钢丝受力为两向压应力和一向拉应力,轧制时钢丝受力为三向压应力,因此,轧制时钢丝受力状态好于辊拉。
    (2)前期准备。采用辊拉方式只需按图纸对各工作辊进行相应的磨削,组成一定的孔型即可进行生产;而采用轧制方式首先必须进行孔型的设计和计算,然后对轧辊进行车削和磨削,同时设备应配置有相应的孔型轴向调整机构,所以,轧制比辊拉前期准备复杂。
    (3)生产效率。轧制生产效率高于辊拉。
    (4)断面形状控制。辊拉时断面形状控制十分准确方便,轧制时断面形状控制较难。
    (5)表面质量。两种加工方式所生产的钢丝表面都很好。
    (6)加工能力。辊拉需多道次进行,中间需要热处理,而轧制加工道次少,基本不需要热处理,因此轧制方式的加工能力高于辊拉。
    (7)孔型寿命和可靠性。轧制时孔型寿命要高于辊拉方式。由于异型钢丝加工的关键在于孔型设计,所以在一般情况下生产异型钢丝主要考虑钢丝断面控制,而加工R型锁销用不锈钢异型钢丝则不太相同。首先,由于辊拉方式加工能力低,中间需要退火(固溶处理)。其次,1Cr18Ni9在冷加工过程中的冷作硬化使钢丝强度上升得很快,在这种情况下,辊拉模的孔型寿命或孔型的可靠性就会大大下降。综合以上因素,应首先考虑加工方式的稳定性和可靠性。
    两种加工方式对应的孔型如图2、图3所示。
    从图2和图3可以看出,由于辊拉方式孔型布置的特点,决定了孔型的边角在生产时易损坏。为了达到R型钢丝断面形状的要求,可以先采用二辊孔型轧制也弓形端面,然后再使用辊拉方式进行加工,这样既可以大大提高生产效率,又可以确保钢丝断面的形状。
    2.2钢丝硬度的控制
    对于1Cr18Ni9钢丝,一般采用固溶处理控制其硬度,即把钢丝加热到1050℃以上放入水中急冷,从而获得奥氏体单相组织,此时的钢丝具有很好的塑性,硬度也很低。R型锁销用钢丝固溶处理生产线如图4所示。
    图4中是利用卡电加热的原理,铅槽和水槽前端的铜压板作为电源的两析,将钢丝加热到1050℃,然后在水槽中急冷,从而达到固溶的目的。
    综上所述,R型锁销用钢丝生产的工序应是冷轧、辊拉、然后是固溶处理。由于钢丝进行固溶后必须进行酸洗,而酸洗后钢丝表面质量(粗糙度)下降,因此在酸洗后增加一道精轧以确保钢丝表面质量符合要求,这里不采用辊拉的原因是由于拉拔过程会使钢丝产生侧弯。经过试验证明,适宜压下量的轧制可以提高钢丝表面质量,而不会影响钢丝端面形状(尺寸偏差符合技术条件要求)。最终确定的整个工艺流程为:
    原料→冷轧成型→辊拉→固溶→酸洗→精轧→成品
    3、工艺参数
    3.1孔型参数的确定原则
    根据孔型设计的原则,并根据过去冷轧孔型设计的经验,设计时应为钢丝在孔型中预留充分宽展的空间。笔者认为冷轧的孔型应为弓形,其高度应稍小于成品钢丝,宽度应稍大于成品钢丝的宽度,并在冷轧两侧预留扩张角。
    3.2原料规格的确定
    在异型钢丝开发中,要十分准确地计算出所需原料的规格是十分困难的。但是,通过必要的简化和相关的一些经验公式,可以达到事半功倍的效果。
    经过计算,R型钢丝圆弧中心角112°28′直边高1.74mm,对应原料规格为φ5.5mm。用φ5.3mm软态钢丝试验,当高度为3.2mm,宽度为5.5mm时,在20倍投影仪下观察,发现其圆弧部分次充满;将原料放大至φ5.5mm,再次试验,结果完全符合图纸要求。
    3.3其他工艺参数的确定
    由于采用了连续在线固溶处理,所以在功率一定的条件下可通过调节异线轮的转速来控制钢丝的加热温度,该钢丝生产时导线轮以2m/min线速度进行固溶处理,并对其精轧前后的钢丝进行硬度对比检测,其结果如下:
    精轧前(HRC) 8.0 8.0 7.5
    精轧后(HRC) 12.0 12.5 12.5
    由上可知成品表面硬度符合R型锁销用钢丝对强度的要求,所以将导线轮线速度定为2m/min是合理的。
    4、结论
    经过可行性试验和批量生产证明,采用冷轧与辊拉相结合的方式并在连续固溶处理的生产线上生产R型锁销钢丝,技术上可行,生产的产品质量稳定,能够满足客户的要求。
    作者简介
    王学彤 1967年10月生,郑州金属制品研究院特殊异型材研究所高级工程师。
    张长征 1968年7月生,助理工程师,河南神火铝电建设指挥部机电科科长。