專利名稱：一種應(yīng)用于懸索橋的調(diào)質(zhì)索夾制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及懸索橋的構(gòu)件，具體是一種應(yīng)用于懸索橋的調(diào)質(zhì)索夾制造方法。
背景技術(shù)：
在懸索橋的結(jié)構(gòu)中，索夾是主纜和吊索之間的連接件，用作將橋面的靜載及動(dòng)載傳遞給主纜，是重要的受力構(gòu)件，其可靠與否直接關(guān)系到整個(gè)橋梁的安全。目前，懸索橋的索夾普遍采用低碳合金鋼鑄造而成，其成型的熱處理工藝為正火+回火處理，以此消除鑄造成型的索夾坯料內(nèi)部應(yīng)力，降低材料硬度，該索夾的受力強(qiáng)度與其壁厚值及成型材料的強(qiáng)度檔次成正比。然而，近年來懸索橋的設(shè)計(jì)、建設(shè)朝著大跨度邁進(jìn)，這就要求應(yīng)用于懸索橋的索夾受力強(qiáng)度也要隨之提高，以確保懸索橋的安全。為了提高索夾的受力強(qiáng)度，常規(guī)的做法是，增加索夾的壁厚、并選用高強(qiáng)度等級(jí)的成型材料，該方法雖能起到一定的提高受力強(qiáng)度作用，但其也存在嚴(yán)重的缺陷不足:1.結(jié)構(gòu)臃腫，不僅不利于搬移、運(yùn)輸，而且在懸索橋上的安裝操作麻煩，在主纜上的鎖緊可靠性差；2.無論是增加壁厚、還是選用高強(qiáng)度等級(jí)的成型材料，都勢必使索夾的制造成本大幅增加，進(jìn)而導(dǎo)致懸索橋的建設(shè)成本高昂；3.—味的增加索夾壁厚，會(huì)使熱處理工藝無法有效消除索夾坯料的內(nèi)部應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致索夾坯料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不夠均勻，產(chǎn)生疏松，在應(yīng)用過程中易變形、開裂，帶來極大的安全隱患。為了使工件具有良好的綜合機(jī)械性能，現(xiàn)有技術(shù)中公開了對工件進(jìn)行淬火+高溫回火的調(diào)質(zhì)處理工藝，通過調(diào)質(zhì)處理工藝能夠有效消除工件的內(nèi)部應(yīng)力，取得預(yù)期的力學(xué)性能。但是，應(yīng)用于懸索橋的索夾在鑄造成型時(shí)要求其具有良好的流動(dòng)性和可焊性，基于此特性，索夾一般是采用低碳合金鋼成型的，而低碳合金鋼的含碳量低，在熱處理手冊中被歸納于滲碳鋼或碳氮共滲鋼，其熱處理參數(shù)與滲碳處理工藝息息相關(guān)，若對其進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，則很難找到合適的調(diào)質(zhì)處理相關(guān)參數(shù)，因而，成型材質(zhì)的選擇制約了調(diào)質(zhì)處理工藝在懸索橋索夾上的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于:針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過反復(fù)探索、試驗(yàn)，將調(diào)質(zhì)處理工藝可靠、有效的應(yīng)用在低碳合金鋼的加工成型上，進(jìn)而提供一種應(yīng)用于懸索橋的調(diào)質(zhì)索夾制造方法，通過該方法獲得綜合機(jī)械性能良好、安全可靠性高的高強(qiáng)度索夾。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種應(yīng)用于懸索橋的調(diào)質(zhì)索夾制造方法，該方法包括以下工藝流程:
1).采用模具將低碳合金鋼澆鑄成帶有試棒的索夾坯料；將澆鑄成型的索夾坯料在去應(yīng)力退火后，進(jìn)行正火和回火處理，并進(jìn)行粗加工；
2).將步驟I)粗加工得到的索夾坯料表面進(jìn)行打磨、檢驗(yàn)處理，消除索夾坯料的表面缺陷；
3).對步驟2)得到的索夾坯料所攜帶的試棒進(jìn)行化學(xué)成分檢測，根據(jù)檢測結(jié)果制定對應(yīng)的熱處理工藝；
4).在索夾坯料的主纜孔內(nèi)固定支撐體，防止索夾坯料在熱處理工藝中變形；
5).將步驟4)的索夾坯料軸向豎直擺放在調(diào)質(zhì)處理爐內(nèi)，使索夾坯料不與其它任何零件重疊、接觸；
6).啟動(dòng)調(diào)質(zhì)處理爐，對爐內(nèi)的索夾坯料進(jìn)行淬火熱處理，加熱溫度為890 910°C，加熱時(shí)間為3h，淬火冷卻介質(zhì)采用淬火油；待淬火熱處理完成后，啟動(dòng)調(diào)質(zhì)處理爐，對爐內(nèi)的索夾坯料進(jìn)行高溫回火熱處理，加熱溫度為640 660°C，加熱時(shí)間為4h，高溫回火冷卻介質(zhì)采用空氣；
7).將步驟6)調(diào)質(zhì)處理得到的索夾坯料所攜帶的試棒取下，對試棒進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)；將檢驗(yàn)合格的試棒所對應(yīng)的索夾坯料進(jìn)行探傷檢測及精加工處理，直至成品。步驟I)中的試棒截面厚度大于索夾坯料截面的最大厚度。步驟I)中的試棒布置在索夾坯料澆道以外的位置上。優(yōu)選的，所述試棒的布置位置靠近索夾坯料的螺栓孔。步驟4)的支撐體截面為多邊形結(jié)構(gòu)，支撐體以內(nèi)接于圓的方式固定在索夾坯料的主纜孔內(nèi)。所述支撐體的各角點(diǎn)焊固定在索夾坯料上。優(yōu)選的，所述支撐體為實(shí)心或空心結(jié)構(gòu)；所述支撐體的截面呈五邊形、六邊形、七邊形、八邊形或九邊形形狀。步驟3)的化學(xué)成分檢測是采用直讀光譜儀完成的。步驟7)的索夾坯料在進(jìn)行探傷檢測之前將表面氧化皮去除干凈。本發(fā)明的有益效果是:上述方法可靠、有效的將調(diào)質(zhì)處理工藝應(yīng)用在低碳合金鋼成型的索夾上，該方法不僅操作簡單，而且成品的索夾內(nèi)部組織晶粒細(xì)化、結(jié)構(gòu)均勻，使內(nèi)部應(yīng)力被有效消除，得到綜合機(jī)械性能良好的索夾；該方法通過調(diào)質(zhì)處理工藝對索夾的力學(xué)性能進(jìn)行可靠提升，索夾的壁厚能夠合理確定，杜絕了傳統(tǒng)以增厚、提高成型材料強(qiáng)度檔次來提升受力強(qiáng)度的方法所存在的缺陷，制成的索夾具有制造成本低、力學(xué)性能優(yōu)異、受力強(qiáng)度高、安全可靠等特點(diǎn)，進(jìn)而確保懸索橋的安全。


圖1是索夾坯料在調(diào)質(zhì)處理前的一種支撐結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是支撐好的索夾坯料在調(diào)質(zhì)處理爐內(nèi)的一種擺放示意圖。圖3是調(diào)質(zhì)處理的洋火熱處理流程圖。圖4是調(diào)質(zhì)處理的高溫回火熱處理流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明包括以下順序的工藝流程:
0.設(shè)計(jì)索夾的成型模具，該索夾成型模具攜帶有試棒成型的子模具，試棒成型的子模具必須要遠(yuǎn)離索夾成型模具上的澆道位置，因而試棒成型的子模具處在索夾成型模具的螺栓孔位置附近，而且要求試棒成型子模具的模腔內(nèi)徑大于索夾成型模具的最大模腔寬度；采用前述模具將ZG20Mn的低碳合金鋼澆鑄成帶有試棒的索夾坯料，成型的索夾坯料軸向長度為lm，最薄壁處(通常為主纜孔的孔壁)的厚度為0.015m，成型索夾坯料上的試棒處在索夾坯料的螺栓孔位置附近(參見圖1，試棒II)，且試棒的截面厚度大于索夾坯料截面的最大厚度；將澆鑄成型的索夾坯料在去應(yīng)力退火后，進(jìn)行常規(guī)的正火和回火處理，以細(xì)化組織內(nèi)部的晶粒，得到均勻的組織結(jié)構(gòu)，并對索夾坯料進(jìn)行粗加工，使索夾坯料的加工面光潔度達(dá)Ra6.3 ；
2).將步驟I)粗加工得到的索夾坯料非加工表面進(jìn)行打磨處理，光潔度達(dá)RalOO，并對索夾坯料的表面進(jìn)行檢驗(yàn)，所有表面按GB/T9444《鑄鋼件磁粉檢測》I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，加工面按GB/T7233.1《一般用途鑄鋼件超聲波探傷》I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，消除索夾坯料的表面缺陷，嚴(yán)格控制調(diào)質(zhì)處理前的鑄造質(zhì)量，減少內(nèi)部及外部缺陷；
3).由于C、Mn等合金元素對調(diào)質(zhì)處理后的力學(xué)性能有直接影響，需要對步驟2)得到的索夾坯料進(jìn)行化學(xué)成分檢測，鑒于該檢測會(huì)損傷索夾坯料的本體，因而對索夾坯料所攜帶的試棒進(jìn)行化學(xué)成分檢測，該試棒由于是與索夾坯料為一體結(jié)構(gòu)，且它的直徑大于索夾坯料截面的最大厚度，所以試棒的化學(xué)成分足以代表索夾坯料的化學(xué)成分，試棒的化學(xué)成分檢測是采用直讀光譜儀完成的，檢測結(jié)果參見表I ;
表I索夾坯料所攜帶的試棒化學(xué)成分檢測結(jié)果
成分 Cft) Mn'^) Si ( ) I Pa)Xi 1%)
標(biāo)準(zhǔn)詹 O- 16 0.22 1.0-L 3 0.6 0.S | 癡0.03 成.0.03.名0.4 sgiig 0.21 I 1.1 0.71 I 0.01.8 0.007 0.32
透過表I可以清楚看出，索夾坯料所攜帶試棒的各化學(xué)成分實(shí)際值均在標(biāo)準(zhǔn)值的范圍內(nèi)，根據(jù)該檢測結(jié)果制定對應(yīng)的熱處理工藝；
4).為了防止索夾坯料在熱處理工藝中發(fā)生不規(guī)則的變形，需在索夾坯料的主纜孔內(nèi)固定支撐體(參見圖1，支撐體I )，該支撐體為空心結(jié)構(gòu)，截面呈六邊形形狀，支撐體的各角在索夾坯料上點(diǎn)焊，支撐體以內(nèi)接于圓的方式固定在索夾坯料的主纜孔內(nèi)； 5).將步驟4)的索夾坯料軸向豎直擺放在調(diào)質(zhì)處理爐內(nèi)(參見圖2)，使索夾坯料不與其它任何零件重疊、接觸，確保索夾坯料的絕大部分面能與空氣接觸，進(jìn)而使各個(gè)面所受溫度能達(dá)到調(diào)質(zhì)處理工藝的要求；
6).啟動(dòng)調(diào)質(zhì)處理爐，對爐內(nèi)的索夾坯料進(jìn)行淬火熱處理，加熱溫度為900°C，加熱時(shí)間為3h，淬火冷卻介質(zhì)采用淬火油(參見圖3);待淬火熱處理完成后，啟動(dòng)調(diào)質(zhì)處理爐，對爐內(nèi)的索夾坯料進(jìn)行高溫回火熱處理，加熱溫度為650°C，加熱時(shí)間為4h，高溫回火冷卻介質(zhì)采用空氣(參見圖4);整個(gè)調(diào)質(zhì)處理過程要嚴(yán)格控制加熱時(shí)間與溫度(前述的淬火溫度根據(jù)試棒化學(xué)成分的檢測結(jié)果，在890 910°C范圍內(nèi)確定合理的具體值；同理，高溫回火的溫度在640 660°C范圍內(nèi)合理確定)，淬火熱處理的冷卻介質(zhì)和高溫回火熱處理的冷卻介質(zhì)能有效防止因冷卻速度過快而出現(xiàn)的淬裂現(xiàn)象；
7).將步驟6)調(diào)質(zhì)處理得到的索夾坯料所攜帶的試棒取下，對試棒進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果參見表2 ；
表2索夾坯料所攜帶的試棒力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于懸索橋的調(diào)質(zhì)索夾制造方法，該方法包括以下工藝流程: 1).采用模具將低碳合金鋼澆鑄成帶有試棒的索夾坯料；將澆鑄成型的索夾坯料在去應(yīng)力退火后，進(jìn)行正火和回火處理，并進(jìn)行粗加工； 2).將步驟I)粗加工得到的索夾坯料表面進(jìn)行打磨、檢驗(yàn)處理，消除索夾坯料的表面缺陷； 3).對步驟2)得到的索夾坯料所攜帶的試棒進(jìn)行化學(xué)成分檢測，根據(jù)檢測結(jié)果制定對應(yīng)的熱處理工藝； 4).在索夾坯料的主纜孔內(nèi)固定支撐體，防止索夾坯料在熱處理工藝中變形； 5).將步驟4)的索夾坯料軸向豎直擺放在調(diào)質(zhì)處理爐內(nèi)，使索夾坯料不與其它任何零件重疊、接觸； 6).啟動(dòng)調(diào)質(zhì)處理爐，對爐內(nèi)的索夾坯料進(jìn)行淬火熱處理，加熱溫度為890 910°C，加熱時(shí)間為3h，淬火冷卻介質(zhì)采用淬火油；待淬火熱處理完成后，啟動(dòng)調(diào)質(zhì)處理爐，對爐內(nèi)的索夾坯料進(jìn)行高溫回火熱處理，加熱溫度為640 660°C，加熱時(shí)間為4h，高溫回火冷卻介質(zhì)采用空氣； 7).將步驟6)調(diào)質(zhì)處理得到的索夾坯料所攜帶的試棒取下，對試棒進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)；將檢驗(yàn)合格的試棒所對應(yīng)的索夾坯料進(jìn)行探傷檢測及精加工處理，直至成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于懸索橋的調(diào)質(zhì)索夾制造方法，其特征在于:步驟I)中的試棒截面厚度大于索夾坯料截面的最大厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于懸索橋的調(diào)質(zhì)索夾制造方法，其特征在于:步驟I)中的試棒布置在索夾坯料澆道以外的位置上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述應(yīng)用于懸索橋的調(diào)質(zhì)索夾制造方法，其特征在于:所述試棒的布置位置靠近索夾坯料的螺栓孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于懸索橋的調(diào)質(zhì)索夾制造方法，其特征在于:步驟4)的支撐體截面為多邊形結(jié)構(gòu)，支撐體以內(nèi)接于圓的方式固定在索夾坯料的主纜孔內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述應(yīng)用于懸索橋的調(diào)質(zhì)索夾制造方法，其特征在于:所述支撐體的各角點(diǎn)焊固定在索夾坯料上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述應(yīng)用于懸索橋的調(diào)質(zhì)索夾制造方法，其特征在于:所述支撐體為實(shí)心或空心結(jié)構(gòu)；所述支撐體的截面呈五邊形、六邊形、七邊形、八邊形或九邊形形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于懸索橋的調(diào)質(zhì)索夾制造方法，其特征在于:步驟3)的化學(xué)成分檢測是采用直讀光譜儀完成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于懸索橋的調(diào)質(zhì)索夾制造方法，其特征在于:步驟7)的索夾坯料在進(jìn)行探傷檢測之前將表面氧化皮去除干凈。
全文摘要
一種應(yīng)用于懸索橋的調(diào)質(zhì)索夾制造方法，包括1)澆鑄帶有試棒的索夾坯料；將索夾坯料在去應(yīng)力退火后，進(jìn)行正火和回火處理，粗加工；2)將索夾坯料表面進(jìn)行打磨、檢驗(yàn)處理；3)對試棒進(jìn)行化學(xué)成分檢測，制定熱處理工藝；4)在索夾坯料的主纜孔內(nèi)固定支撐體；5)將索夾坯料軸向豎直擺放在調(diào)質(zhì)處理爐內(nèi)，使索夾坯料不與其它任何零件重疊、接觸；6)對索夾坯料進(jìn)行淬火熱處理，溫度為890～910℃，時(shí)間為3h，用淬火油冷卻；對索夾坯料進(jìn)行高溫回火熱處理，溫度為640～660℃，時(shí)間為4h，用空氣冷卻；7)將試棒取下，對試棒進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)；將檢驗(yàn)合格的試棒所對應(yīng)索夾坯料進(jìn)行探傷檢測及精加工處理，直至成品。
文檔編號(hào)C22C38/04GK103103920SQ201310040499
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月2日
發(fā)明者唐明, 趙鵬賢, 陳遠(yuǎn)林, 劉昌華, 譚智宸, 阮明友 申請人:四川天元機(jī)械工程股份有限公司