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钢帘线是子午线轮胎中的主要骨架材料。随着汽车工业的快速发展,对钢帘线的性能要求也不断提高。钢帘线有着与一般冷拉钢丝相同的组织与性能的演变规律,又有其自身的特点。随着钢帘线不断的向高强度化发展,在高速大形变条件下钢丝的微观组织结构与性能演变都表现出了种种与传统不相符合的特征,因此,对于高碳超高强钢帘线的组织与性能研究显得尤为重要。
本文以含碳量0.92%、抗拉强度大于3500MPa的高碳超高强钢帘线为研究对象,主要研究了钢帘线在拉丝形变过程中的组织及性能演变规律,同时研究了钢帘线单丝的扭转性能,并结合实际生产对钢帘线的生产工艺进行了改进试验,主要成果如下:
研究结果表明:盘条的珠光体团取向随机,经冷拉拔变形后,钢丝横截面晶粒细化,纵截面晶粒被拉长,逐渐纤维化,珠光体团协调变形;盘条的珠光体片层厚度在136nm,经形变后,片层间距逐渐减小。电镀丝珠光体片层间距在110nm,抗拉强度及硬度随应变量的增大逐渐增大,最终成品单丝抗拉强度达到3500MPa以上,同时由于拉拔过程中钢丝织构的形成,造成了钢丝横纵截面硬度不等。磁学性能(VSM)分析显示,在钢丝拉拔过程中,存在渗碳体溶解现象,研究表明,渗碳体溶解量越大,钢帘线单丝扭转分层的几率越大。
系统地研究了钢帘线单丝的扭转性能。将扭转断口的形貌分为三大类:正常的扭转断裂、局部裂纹断裂、螺旋裂纹断裂,特别定义螺旋裂纹断裂形成的断口为分层断口。对不同扭转试验条件的试验表明:采用标距长度为200d、轴向载荷为1%F以及扭转速度为60rpm的试验条件可以较好的反映单丝扭转性能。对单丝扭转前后不同部位组织的观察及硬度分析表明,扭转变形是不均一的,单丝表面处应变和应力最大。研究发现,正常的扭转断裂常常会有多个断口,初始断裂形成的断口为平断口,二次及以上断口为螺旋断口。初始断裂后的卸载扭转波经夹口处的反弹引发了钢丝表面微裂纹的扩展,从而导致了二次及以上的断裂。
改进并优化了热处理工艺,使得镀铜丝强度从1250MPa提高到1300MPa,并且镀铜丝组织基本不存在脱碳现象。通过对4种湿拉工艺下单丝的横截面硬度试验及扭转试验的研究,发现适当增加初始几次拉拔的道次压缩率,减小后面几道的压缩率,是较好的湿拉工艺方案。