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烂漫冰雨

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[交流] 香槟丝生产工艺设计实验已有1人参与

香槟丝生产工艺设计实验

实验日期：2011年3月14日至2011年4月12日
实验人员：孟志瑞王志张彬张强

1．实验目的
使用两种不同的盘条Q195和TS06，分别试验生产香槟丝线。每种盘条设计两种不同的生产工艺，通过试验生产过程对原始材料和每一道工序的质量检测，包括基本力学指标测试和数值分散度的测量，力争得到性能稳定的适于高速的香槟丝产品。
2．实验仪器
机械拉力试验机、线材扭转拉丝机、光学显微镜等
3．实验原理
（1）实验中设计的两种不同的工艺流程图为：
工艺一：直径6.5mm的盘条——直径3.2的钢丝（慢拔）——直径1.92mm的钢丝(快拔)——退火（窑炉，温度高）——水箱—— 退火（无氧）——镀锌
工艺二：直径6.5mm的盘条——直径3.2的钢丝（慢拔）——直径1.92mm的钢丝(快拔)——退火（电炉，温度低）——水箱—— 退火（无氧）——镀锌
两种不同的生产工艺，主要的不同在于退火温度不同，窑炉退火温度高，电炉退火温度低。
（2）每一道工序的力学指标进行至少6次测量，得到平均的力学指标数值和方差的对比结果，评估原始材料和后续每道工序的稳定性。
方差的平方根即为标准差，其相应的计算公式为：
　　
4．实验内容与步骤
(1)将两种不同的盘条Q195和TS06分别按照两种不同的工艺流程来进行生产。
(2)生产试验过程中要对每一道工序进行严格质量检测。
每一道工序的力学指标（包括：强度、硬度、金相）进行至少6次测量，得到平均的力学指标数值和方差的对比结果，评估原始材料和后续每道工序的稳定性。
(3) 时效的影响及测量。
放置一周、两周、三周和四周后，分别对最终的产品的力学性能进行测量。
5．数据记录及处理
5.1 原始盘条力学指标

表1
型号线径(㎜) 最大拉力（N) 抗拉强度(N/mm2) 延伸率（％）
Q195 6.61 12500 364.3 24
TS06 6.51 11850 356 28
金相图
   图1 Q195盘条（横面）硬度120hv             图2 TS06盘条（横面）硬度100hv

图3 Q195盘条（纵面）硬度120hv             图4 TS06盘条（纵面）硬度100hv

5.2 每一道工序的力学指标进行至少6次测量，得到平均的力学指标数值和方差
盘条经大拔至1.92mm光丝测得：
表2
型号线径（mm）抗拉强度平均值(N/㎜2) 延伸率平均值抗拉强度方差值
Q195 1.97-1.98 895.1 2.875 8.67
TS06 1.97-1.98 896.4 2.625 12.40
金相图

图5  Q195光丝1.92（横面）硬度222hv          图6  Q195光丝1.92（纵面）硬度251hv

图7  TS06光丝1.92（横面）硬度245hv          图8  TS06光丝1.92（纵面）硬度227hv

1.92光丝经煤炉退火后测得：
表3
型号线径（mm）抗拉强度平均值(N/㎜2) 延伸率平均值抗拉强度方差值
Q195 1.97-1.98 342.285 27.75 6.73
TS06 1.96-1.98 322.245 27.9 6.10
金相图

图9  Q195煤1.92（横）硬度122hv             图10  Q195煤1.92（纵）硬度122hv

图11  TS06煤1.92（横）硬度116hv             图12  TS06煤1.92（纵）硬度116hv
1.92光丝经电炉退火后测得
表4
型号线径（mm）抗拉强度平均值(N/㎜2) 延伸率平均值抗拉强度方差值
Q195 1.97-1.98 340.355 25.8 6.84
TS06 1.96-1.98 308.255 25.45 6.10
金相图

图13  Q195电炉1.92（横）硬度122hv          图14  Q195电炉1.92（纵）硬度122hv

图15  TS06电炉1.92（横）硬度90hv             图16  TS06电炉1.92（纵）硬度90hv
1.92煤炉退火丝经大水箱拉拔至0.935mm光丝测得
表5-1
型号线径（mm）抗拉强度平均值(N/㎜2) 延伸率平均值抗拉强度方差值
Q195 0.94-0.945 617.96 3.2 11.62
TS06 0.94-0.945 586.28 3.05 11.10
上工序的0.935mm光丝经电炉退火得无氧丝相关数据

表5-2
型号线径（mm）抗拉强度平均值(N/㎜2) 延伸率平均值抗拉强度方差值
Q195 0.94 331.385 29 3.41
TS06 0.94-0.945 309.135 29.4 2.28
上工序的无氧丝经中镀得到镀锌丝，测得相关数据
表5-3
型号线径（mm）抗拉强度平均值(N/㎜2) 延伸率平均值抗拉强度方差值双扭转圈数上锌量（g/mm2)
Q195 0.95-0.96 357.495 26.83 4.19 63 85.7
TS06 0.945-0.95 349.51 27.25 3.64 65 99.3
金相图

图17  Q195煤0.95镀锌（横）硬度116hv          图18  Q195煤0.95镀锌（纵）硬度116hv

图19  TS06煤0.95镀锌（横）硬度112hv          图20  TS06煤0.95镀锌（纵）硬度112hv
1.92电炉退火丝经大水箱拉拔至0.935光丝测得
表6-1
型号线径（mm）抗拉强度平均值(N/㎜2) 延伸率平均值抗拉强度方差值
Q195 0.94-0.945 666.205 2.9 10.81
TS06 0.94-0.945 582.7 3 12.07
上道工序的0.935光丝经电炉退火得无氧丝相关数据
表6-2
型号线径（mm）抗拉强度平均值(N/㎜2) 延伸率平均值抗拉强度方差值
Q195 0.94 366.32 28.25 4.42
TS06 0.94-0.945 324.915 29.25 5.53
上工序的无氧丝经中镀得到镀锌丝，测得相关数据
表6-3
型号线径（mm）抗拉强度平均值(N/㎜2) 延伸率平均值抗拉强度方差值双扭转圈数上锌量（g/mm2）
Q195 0.95-0.96 378.47 26.75 7.71 62 61.2
TS06 0.95-0.96 348.77 28.75 7.31 63 52.2
金相图

图21  Q195电炉0.95镀锌（横）硬度113hv       图22  Q195电炉0.95镀锌（纵）硬度113hv

图23  TS06电炉0.95镀锌（横）硬度112hv       图24  TS06电炉0.95镀锌（纵）硬度112hv

5.3 时效测量数据（时间3.11-4.12）
在时效试验阶段四种镀锌丝的抗拉强度数据见下表
表7
镀锌丝种类 Q195 煤制气退火0.95镀锌丝    TS06 煤制气退火0.95镀锌丝 Q195 电炉退火0.95镀锌丝 TS06 电炉退火0.95镀锌丝
强度平均值 364.4 355.8 388.8 363.9
标准方差值 10.32 6.27 4.45 13.4
四种镀锌丝的抗拉强度变化数据见图25

图25
在时效试验阶段四种镀锌丝的延伸率数据
表8
镀锌丝种类 Q195 煤制气退火0.95镀锌丝    TS06 煤制气退火0.95镀锌丝 Q195 电炉退火0.95镀锌丝 TS06 电炉退火0.95镀锌丝
延伸率平均值 24.13 21.01 23.49 22.97
标准方差值 2.16 2.54 2.33 3.73
四种镀锌丝延伸率（标距100mm）变化数据见图26

图26

6.数据解释和分析
6.1原始盘条与生产过程每道工序力学检测数据、相图分析
表1中的数据反映出，Q195材质的盘条抗拉强度要大于TS06材质。通过金相图1-4能够看出Q195盘条晶粒度较细小。
表2中的数据反映出由两种材质的1.92mm光丝力学性能相差不大
相图6、8显示由于Q195原始晶粒度细小，所以在经过相同的拔丝工艺拉拔后，Q195材质的铁丝纵向晶粒度变形大，在相图上呈现出晶粒密度大。图5、7看出拉拔所造成的横向晶粒变化不明显。
表3与表4对比发现：相同材质的1.92mm光丝经过煤炉退火的抗拉强度要大于电炉。但是理论上通过两种退火工艺相图的对比（例如：图9与图13）由于煤炉退火温度高于电炉退火，高温退火后的晶粒度大于低温退火。晶粒度越小抗拉强度就越大，这与实际测得的表3、表4中的数据矛盾，分析原因可能是由于热处理问题（炉子问题、退火炉的温度不均匀）导致退火后成品的力学性能不均匀。
图19和图23的晶粒明显较其他粗大，而图21和图22的晶界清晰明了且晶粒细小，其他金相图图中的缺陷较多、晶粒大小差距较大。故推测Q195电炉退火的镀锌丝强度均匀。
6.2时效分析
（1）从抗拉强度时效图（图25）上可以很明显的看出材质为Q195 ，中间退火工序选择电炉退火的生产工艺，最终产品的抗拉强度数据曲线更平缓，表7中的方差数据值4.45均小于其他的工艺。
(2)从延伸率数据图（图26）可以看出所有工艺的产品延伸率随时间的波动曲线都很相似，无太大区别的。通过表8可以看出材质为Q195的产品，延伸率比较稳定。
结合（1）（2）分析可以看出材质为Q195 ，中间退火工序选择电炉退火的生产工艺更适合生产性能稳定的香槟丝产品。

7．结论
在香槟丝生产过程中，设备条件（退火条件）对产品性能也有一定影响；选择Q195材质的盘条，中间退火工艺选择电炉退火，得到的最终香槟丝产品，力学性能稳定性更好，更适合高速香槟丝生产。http://dl.dbank.com/c0bckwttu0

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