專利名稱：鋼絲(帶)的高能連續(xù)電脈沖處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及同時提高鋼絲(帶)強度和塑性的工藝，特別是一種鋼絲(帶)的高能連續(xù)電脈沖處理方法。
背景技術(shù)：
鋼絲在國民經(jīng)濟中有著重要的應(yīng)用，被廣泛應(yīng)用于制造金屬絲網(wǎng)、制釘、高速公路護攔及建筑工程等行業(yè)。理想的鋼絲應(yīng)具有較高的強度和較好的塑性。而傳統(tǒng)鋼絲中強度和塑性是一對矛盾，如果得到高強度，塑性就會降低，而有時為了得到好的塑性，就必須犧牲強度。適當?shù)母邚姸群瓦m中的高塑性的結(jié)合，可使材料和構(gòu)件獲得非常高的斷裂能量或斷裂功，從而極大地提高工程構(gòu)件的性能和壽命。目前鋼絲加工硬化后一般需通過退火技術(shù)來提高材料塑性，但同時會使強度下降較大，且處理工序多，生產(chǎn)效率不高。如何用簡單的工藝使鋼絲在獲得高強度的同時保持好的塑性，是工程界非常關(guān)注的問題。采用高能連續(xù)電脈沖對鋼絲(帶)進行連續(xù)處理的工藝未見有關(guān)文獻披露。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種鋼絲(帶)的高能連續(xù)電脈沖處理方法，這種方法相對于其它處理工藝在強度降低較小的情況下大大提高了鋼絲(帶)的塑性，從而達到同時提高鋼絲(帶)的強度和塑性。
本發(fā)明鋼絲(帶)的高能連續(xù)電脈沖處理方法，包括以下步驟通過開、收卷裝置帶動連續(xù)的鋼絲(帶)以一定速度向所述收卷裝置方向傳輸；配置一高能連續(xù)電脈沖電源，該電源連續(xù)不斷地輸出多個高能電脈沖并通過一對電接觸裝置輸入運動著的鋼絲(帶)的加電區(qū)域段進行連續(xù)處理，同時通過強制冷卻裝置對所述運動的鋼絲(帶)的加電區(qū)域段進行強制冷卻。
上述強制冷卻裝置設(shè)置于運動著的鋼絲(帶)的加電區(qū)域段周圍，強制冷卻裝置可采用油冷方式。處理過程中，輸入鋼絲(帶)的加電區(qū)域段的高能連續(xù)脈沖電流的工藝參數(shù)可以為脈沖寬度10-200μs，頻率50-3000Hz，電流密度的幅值≥100A/mm2。其中，優(yōu)選高能連續(xù)脈沖電流的工藝參數(shù)為脈沖寬度10-100μs，頻率50-1500Hz，電流密度的幅值≥200A/mm2。
本發(fā)明與現(xiàn)有其它常規(guī)處理鋼絲(帶)技術(shù)相比有以下有益效果1.在電脈沖處理過程中鋼絲中產(chǎn)生一定的焦耳熱效應(yīng)和其它的非熱效應(yīng)，由于焦耳熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)的耦合作用，使原子振動能量進一步急劇增加，位錯的攀移加大，有利于材料中因加工硬化所形成的亞晶轉(zhuǎn)動，這些因素促使了再結(jié)晶進程的加速。通過顯微組織分析我們在電脈沖處理后的鋼絲中觀察到大量的微米和亞微米尺度的超細晶粒，這些再結(jié)晶后獲得的超細晶粒有利于材料同時提高強度和塑性。
2.材料處理均在冷卻介質(zhì)中進行，因此過程中降低了材料的氧化程度。從而減少了常規(guī)處理技術(shù)因升高溫度所帶來的氧化加劇的現(xiàn)象。
3.與其它常規(guī)技術(shù)相比，加工硬化后的材料在經(jīng)過該發(fā)明的處理后，塑性得到極大地改善，同時可保持材料高強度的特性。
4.本發(fā)明構(gòu)思新穎，生產(chǎn)效率高，特別適用于直徑不大于3mm的鋼絲或厚度小于3mm的帶材的處理，所獲得的產(chǎn)品具有優(yōu)異的強度和塑性的綜合性能。


圖1為鋼絲的高能連續(xù)電脈沖在線處理設(shè)備的實施例示意圖；圖2為含0.14％碳的低碳鋼絲在冷拉變形前的金相組織(×1000)；圖3為同一冷拉鋼絲經(jīng)過較大變形后的金相組織(×1000)；圖4a為同一冷拉鋼絲經(jīng)高能電脈沖處理后的金相組織(×1000)；圖4b為同一冷拉鋼絲經(jīng)直流電流處理后的金相組織(×1000)。
具體實施例方式
圖1為實現(xiàn)本發(fā)明的一種鋼絲(帶)的高能連續(xù)電脈沖在線處理設(shè)備。它包括開卷裝置5、收卷裝置6、處理用的高能連續(xù)電脈沖電源1、設(shè)置于開卷裝置5和收卷裝置6之間的強制冷卻裝置4以及一對電接觸裝置3、3’。連續(xù)的鋼絲(帶)2由開、收卷裝置支撐并張緊，它們帶有的張力調(diào)整機構(gòu)保證鋼絲(帶)運動過程的穩(wěn)定性，開、收卷裝置旋轉(zhuǎn)能帶動鋼絲(帶)2以一定速度向所述收卷裝置方向(圖1箭頭方向)連續(xù)傳輸，鋼絲(帶)的傳輸速度可為0-200m/min，傳輸速度由變頻器和力矩電機調(diào)整控制(圖中未畫出)，在0-200m/min范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
高能連續(xù)電脈沖電源1的正、負輸出端分別連接兩個電接觸裝置3、3’，通過兩個電接觸裝置3、3’使高能連續(xù)脈沖電流輸入運動著的鋼絲(帶)2的加電區(qū)域段2’，連續(xù)運動的鋼絲(帶)在加電區(qū)域段2’的前后需分別通過導向輪9、9’導入和導出，導向輪的位置微調(diào)可調(diào)整材料連續(xù)運動過程中的張力。在運動著的鋼絲(帶)2的加電區(qū)域段2’周圍設(shè)置強制冷卻裝置4，對運動的鋼絲(帶)的加電區(qū)域段2’同時進行強制冷卻處理，以保證鋼絲(帶)表面光潔，消除鋼絲(帶)表面氧化現(xiàn)象。強制冷卻裝置4為油冷裝置。冷卻裝置4可包括冷卻槽41，冷卻槽41內(nèi)通以循環(huán)冷卻介質(zhì)43，42、44分別為循環(huán)冷卻介質(zhì)的進口和出口。冷卻方式可以是鋼絲(帶)的加電區(qū)域段2’浸入冷卻介質(zhì)中。
高能連續(xù)電脈沖電源1的最大輸出功率為10KW，輸出脈沖寬度可為10-200μs，輸出脈沖頻率為50-3000Hz。
兩個電接觸裝置3、3’是兩個采用鎳覆銅層制成的直徑為160mm的導電輪，導電輪外周與鋼絲(帶)接觸處設(shè)置用于容納鋼絲(帶)的槽，以保證接觸良好，減小材料與電極間接觸電阻，兩導電輪之間的距離在100-1500mm范圍內(nèi)可調(diào)，使用時根據(jù)所需的處理速度調(diào)整，速度越快，兩導電輪之間的距離應(yīng)加長。導電輪直徑根據(jù)材料尺寸確定，待處理鋼絲直徑越小，導電輪的直徑也相應(yīng)變小。導電輪也可以采用銅-石墨、彌散強化銅或黃銅等導電性較好且耐磨的材料制成，也可以用銅覆鎳層、銅-石墨、或黃銅等材料制成的上、下電極壓塊作為電接觸裝置，同樣在上、下電極壓塊與鋼絲(帶)接觸處設(shè)置用于容納鋼絲(帶)的槽，以保證與導線接觸良好，減小接觸電阻。
采用圖1所示設(shè)備實現(xiàn)鋼絲(帶)的高能連續(xù)電脈沖處理工藝過程如下通過圖1所示開、收卷裝置帶動連續(xù)鋼絲(帶)2以一定速度向所述收卷裝置方向傳輸，連續(xù)鋼絲(帶)的傳輸速度根據(jù)需要可在0-200m/min范圍內(nèi)調(diào)整。
將所述高能連續(xù)電脈沖電源1輸出的高能連續(xù)脈沖電流通過一對電接觸裝置3、3’輸入運動著的鋼絲(帶)的加電區(qū)域段2’進行處理，同時通過設(shè)置于運動著的鋼絲(帶)的加電區(qū)域段2’周圍的強制冷卻裝置4對所述運動的鋼絲(帶)的加電區(qū)域段2’進行強制冷卻。
處理時輸入運動的連續(xù)鋼絲(帶)的加電區(qū)域段的高能連續(xù)脈沖電流的工藝參數(shù)為脈沖寬度10-200μs，頻率50-2000Hz，電流密度的幅值≥100A/mm2。優(yōu)選高能連續(xù)脈沖電流的工藝參數(shù)為脈沖寬度10-100μs，頻率50-1000Hz，電流密度的幅值≥200A/mm2。
對于具體不同尺寸、不同材料、不同冷加工變形量的鋼絲(帶)，輸入的高能連續(xù)脈沖電流的工藝參數(shù)的原則是1、按集膚效應(yīng)公式δ＝(π*μ*f/ρ)-1/2，其中μ、ρ、f分別為磁導率、電阻率、頻率，δ為電流滲入的厚度。即鋼絲直徑越小，相應(yīng)輸入的高能連續(xù)脈沖頻率可增大。
2、冷加工變形量越大，相應(yīng)輸入的高能連續(xù)脈沖寬度或電流密度幅值應(yīng)提高才能達到處理效果。
實施例含碳量為0.14％的低碳鋼經(jīng)冷拉拔后，絲的直徑0.36mm，采用圖1所示設(shè)備和本發(fā)明高能連續(xù)電脈沖處理方法對該鋼絲進行處理。圖2為該含0.14％碳的低碳鋼絲在冷拉變形前的金相組織(×1000)，其為完全退火后的組織，從圖中可以觀察到晶粒分布比較均勻，但與脈沖處理后比較晶粒尺寸較大；圖3為該冷拉鋼絲經(jīng)過冷拉變形后的金相組織(×1000)，其中很難辨別出晶粒邊界，幾乎全部是冷拉變形后伸長的纖維狀晶粒。
連續(xù)的低碳鋼絲2由開、收卷裝置帶動按箭頭方向以速度3m/min傳輸，高能連續(xù)電脈沖電源1的正、負極則分別從銅覆鎳層制成的導電輪3、3’(導電輪直徑為160mm，加電段距離250mm)接入運動的鋼絲的加電區(qū)域段2’進行處理，連續(xù)運動的鋼絲在加電區(qū)域段2’的前后需分別通過導向輪9、9’導入和導出，同時采用油封式冷卻裝置4對上述鋼絲的加電區(qū)域段2’進行冷卻處理，循環(huán)冷卻介質(zhì)為普通淬火油，通過進口42泵入已冷卻的油，而通過出口44不斷排出因處理過程而加熱的油。輸入的高能連續(xù)脈沖電的脈沖寬度60μs，頻率為100Hz，脈沖峰值電流密度為260A/mm2。
實驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)高能電脈沖處理的冷拉鋼絲內(nèi)，形成大量細小的微米和亞微米的超細晶粒(見圖4a)，這些再結(jié)晶后獲得的超細晶粒有利于材料同時提高強度和塑性。同時進行了直流電處理試驗對比，輸入的直流電流密度為144A/mm2，處理了同一批鋼絲，此時鋼絲的再結(jié)晶晶粒極其不均勻，晶粒尺寸較大(見圖4b)，而且在力學性能上也存在很大差異。表1結(jié)果表明高能電脈沖較直流電處理冷拉鋼絲，在材料延伸率明顯提高的同時，強度下降比較小，即使該材料得到了優(yōu)異的綜合機械性能。
表1 含碳量0.14％的低碳鋼絲(直徑0.36mm)處理前后的性能比較表
權(quán)利要求
1.一種鋼絲(帶)的高能連續(xù)電脈沖處理方法，其特征是包括以下步驟通過開、收卷裝置帶動連續(xù)的鋼絲(帶)以一定速度向所述收卷裝置方向傳輸；配置一高能連續(xù)電脈沖電源，該電源連續(xù)不斷地輸出多個高能電脈沖并通過一對電接觸裝置輸入運動著的鋼絲(帶)的加電區(qū)域段進行連續(xù)處理，同時通過強制冷卻裝置對所述運動的鋼絲(帶)的加電區(qū)域段進行強制冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼絲(帶)的高能連續(xù)電脈沖處理方法，其特征是處理時輸入運動著的鋼絲(帶)的加電區(qū)域段的高能連續(xù)脈沖電流的工藝參數(shù)為脈沖寬度10-200μs，頻率50-3000Hz，電流密度的幅值≥100A/mm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼絲(帶)的高能連續(xù)電脈沖處理方法，其特征是所述高能連續(xù)脈沖電流的工藝參數(shù)為脈沖寬度20-100μs，頻率50-1000Hz，電流密度的幅值≥200A/mm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼絲(帶)的高能連續(xù)電脈沖處理方法，其特征是所述強制冷卻裝置設(shè)置于運動的鋼絲(帶)的加電區(qū)域段周圍，強制冷卻裝置采用油冷方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋼絲(帶)的高能連續(xù)電脈沖處理方法，包括以下步驟通過開、收卷裝置帶動鋼絲(帶)以一定速度向所述收卷裝置方向傳輸；配置一高能連續(xù)電脈沖電源，該電源可連續(xù)不斷地輸出多個高能電脈沖并通過一對電接觸裝置輸入運動著的鋼絲(帶)的加電區(qū)域段進行連續(xù)處理，同時通過冷卻裝置對所述運動著的鋼絲(帶)的加電區(qū)域段進行冷卻。它采用高能連續(xù)脈沖電流對運動著的鋼絲(帶)進行處理，能耗低，生產(chǎn)效率高，避免了一般處理過程中鋼絲(帶)材料的表面氧化現(xiàn)象；該方法在極大地改善鋼絲(帶)塑性的同時可保持材料高強度的特性，從而可獲得優(yōu)異的綜合性能，特別適用于直徑不大于3mm鋼絲(包括管、線、帶)的連續(xù)處理。
文檔編號C21D10/00GK1766135SQ200510101148
公開日2006年5月3日 申請日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月16日
發(fā)明者唐國翌, 徐卓輝, 丁飛, 田紹權(quán), 田昊洋 申請人:清華大學深圳研究生院