[发明专利]一种SAE1065钢丝的热处理方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于热处理技术领域，特别是一种使SAE1065钢丝获取高弯曲疲劳抗力的热 处理方法及系统。

背景技术

钢丝广泛应用在工程领域中。例如，用多根或多股细钢丝拧成的挠性绳索，在生产、 生活中起到搬运作用机械中，供提升、牵引、拉紧和承载之用，如石油钻井用钢丝绳、 起重机用钢丝绳、矿山用钢丝绳、架空索道用钢丝绳和电梯用钢丝绳等。钢丝的性能和 寿命直接关系到设备的正常运转、寿命和成本，甚至直接关系到人身生命安全。

SAE1065钢丝是指用符合美国标准含碳量为0.60～0.70％的优质碳钢制成的钢丝。通 常，在使用SAE1065钢丝的工程机械中，钢丝均承受重载，包括承受拉伸、压缩、扭 转及疲劳弯曲等交变载荷的作用。因此，钢丝经常会发生磨损、表面损伤、腐蚀、锈蚀 以及断裂等。磨损是钢丝与卷筒、滑轮或其它钢丝之间具有相对运动，造成钢丝表面材 料的剥落。腐蚀是钢丝工作在恶劣的环境中，钢丝与环境介质发生反应造成腐蚀。磨损 和腐蚀均会引起钢丝的表面损伤和锈蚀。这些失效形式均是渐变、逐步累积的过程，但 钢丝的断裂具有突然性，也是最难预防的。研究表明，钢丝的失效形式主要有磨损、锈 蚀和断裂三种。其中以断裂最为常见，而疲劳断裂约占钢丝断裂的70％。以石油开采钻 井使用钢丝绳为例，如图1所示。从图中可以看出，钢丝绳中的钢丝在收、放过程中， 经过定滑轮和动滑轮不断地将钻杆提高和压低。由于钢丝绳的特殊性，其断裂失效主要 分为断丝、断股和断绳三类，断股和短绳均是断丝发展到一定程度的结果，而断丝的根 源在于钢丝的弯曲疲劳失效，因此提高钢丝的疲劳抗力是解决SAE1065钢丝较低寿命 的关键所在。

为改善钢丝性能及延长使用寿命，对钢丝的锈蚀问题，最为常见的方法为钢丝的表 面涂上润滑油，或在表面上镀锌、镀铝防止腐蚀，甚至用不锈钢来制造钢丝。但这样大 大增加了使用成本。也有采用退火、正火、淬火等热处理工艺提高SAE1065钢丝的韧 性和强度。但对钢丝的最重要的弯曲疲劳断裂失效一直没有特别好的解决办法。

因此，现有技术存在的问题是：SAE1065钢丝的弯曲疲劳抗力不高，使其容易弯 曲疲劳失效，导致使用寿命短。

发明内容

本发明的目的在于提供一种SAE1065钢丝的热处理方法，使其弯曲疲劳抗力高，以 延长钢丝的使用寿命

本发明的另一目的在于提供一种SAE1065钢丝的热处理系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种SAE1065钢丝的热处理方法，包括在温度300±25℃下，对钢丝进行加载，以 速度0.92～1.4mm/min均匀拉长钢丝，时长为5min后，空冷至室温，卸载，得到热处 理的SAE1065钢丝。

实现本发明另一目的的技术解决方案为：

一种SAE1065钢丝的热处理系统，包括加热炉，加热炉两侧分别设有原料钢丝卷筒 和成品钢丝卷筒，SAE1065钢丝穿过加热炉，两端分别卷绕在原料钢丝卷筒和成品钢丝 卷筒上，所述成品钢丝卷筒通过减速装置和传动机构与动力装置相连，所述原料钢丝卷 筒上设有制动机构。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

经热处理的SAE1065钢丝弯曲疲劳抗力高，使用寿命长。经计算，采用本发明方法 处理的SAE1065钢丝抗疲劳能力提高70％。实验表明，采用本发明方法处理的SAE1065 钢丝寿命可提高35％。

本发明之所以能够大幅提高SAE1065钢丝的弯曲疲劳寿命，优势在于我们提出的 热处理方案能够有效降低SAE1065钢丝中的可动位错数量和强化塑性变形微区，通常 弯曲疲劳断裂是一个在交变载荷下重复进行的微量塑性变形、形成裂纹及断裂的过程， 塑性变形积累的过程就是材料内部的损伤，降低对SAE1065钢丝在使用过程中的疲劳 损伤积累，遏制裂纹的形成，从而提高弯曲疲劳抗力。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1a为石油钻井用SAE1065钢丝绳工作示意图，图1b为钢丝组成钢丝绳模型。

图2为SAE1065钢丝热处理设备设计图。

图3为本发明SAE1065钢丝的热处理方法的工艺过程图。

图4为SAE1065钢丝应力幅和循环次数的关系图。