電鍍工藝(AQ水淬火)

1、電鍍工藝（電鍍工藝（AQ水淬火）水淬火）放線脫脂奧氏體爐酸洗水冷卻串連水沖洗鍍銅串連水沖洗鍍鋅槽串連水沖洗熱水洗熱擴散水冷卻槽磷酸浸串連水沖洗皂浸收線AQ水淬火1.簡介簡介中拉鋼絲需根據簾線成品的要求，經過熱處理來獲得一定的強度。熱處理的目的：重新具有拉拔性能得到最佳的金相組織得到經濕拉后想要的抗拉強度熱處理分為兩個步驟：奧氏體化和淬火。拉拔前，鋼的組織由不同方向分布的滲碳體的晶粒組成，之間的間隙（晶界）由雜亂分布的Fe3C填充。在拉拔過程中，鋼絲的良好結構會被破壞，晶粒被拉長，斷裂。鋼絲硬度增加，延展性變差，無法進一步拉拔。經過爐子升溫使晶粒重新形成滲碳體。在爐子中，被破壞的Fe3C重新融合

2、；在淬火槽中，Fe3C重新排列。鋼簾線最重要的性能之一是鋼簾線與橡膠的粘合力。我們通過黃銅鍍層加強與橡膠的粘合力。同時，黃銅在濕拉過程中能起潤滑作用。不同的客戶使用不同的膠料，由此我們設計不同的鍍層：銅含量和鍍層重量。2.放線放線 為了避免中拉鋼絲在放線時絞絲，通過飛輪的張力帶給予鋼絲一定的張力。鋼絲的張力根據鋼絲的直徑來確定，不同的直徑控制相應的張力。因此，每次更換直徑后要調整放線張力。2.放線放線1、張力太大：*導線孔易磨損*會造成鋼絲在爐中有延伸 電鍍鋼絲直徑變細，濕拉鋼絲破斷拉力不夠 濕拉拉拔會形成中心毛刺*分線梳磨損*爐中斷絲*接斷絲困難2、張力太?。?鋼絲跳出放線工字輪而斷絲。*爐

3、中絞絲加熱不均勻面縮率偏高，濕拉不正常斷絲鐵素體溶解不完全抗拉強度低，散差大*損壞氧化皮脫碳爐內氧化皮堆積3.脫脂槽脫脂槽鋼絲在燃氣爐中的加熱為輻射形式。暗的鋼絲升溫快，面縮率低，強度高；亮的鋼絲升溫慢，面縮率高，強度低。脫脂槽也叫調節(jié)槽，是為熱處理作準備，可以看作熱處理的一個部分。在生產中，脫脂槽必須始終工作，它首先洗去鋼絲表面因拉拔而殘余的硼砂皂粉，而后涂上均勻一致的脫脂液。鉛淬火用脫脂槽能防止掛鉛。3.脫脂槽脫脂槽*目的：獲得均勻一致的表面色澤，使鋼絲在爐內能均勻地接受輻射來的熱 量。獲得一致的機械性能。涂上的皂液能控制鋼絲在爐內的升溫速度，控制鋼絲在爐中的氧化過程，易于酸洗。*溫度 溫

4、度最低85，較低的溫度將影響脫脂液的流動，使鋼絲不能有均勻的涂層。鋼絲的面縮率會大，強度偏低。*濃度 鋼絲表面的皂粉多少將影響鋼絲在爐中的升溫速度。皂粉太多，會導致鋼絲升溫太快，有脫碳的可能。脫脂槽中的皂粉濃度由添加水的流量控制。3.脫脂槽脫脂槽*添加水 補償蒸發(fā) 鋼絲帶出的水 不斷溢流溶液，控制硼砂和皂粉的濃度*抽氣裝置 抽氣裝置必須始終工作，抽氣口要保持清潔。抽氣風機的過濾器要保持清潔。如被污垢堵塞將影響抽氣效果。過濾器的壓差如大于100mm水柱，則需更換濾網。 4.奧氏體爐奧氏體爐4.1鋼是一種混合物，主要由鐵和碳兩種元素組成。碳以滲碳體存在（Fe3C）。鋼絲的抗拉強度主要由Fe3C的數

5、量和分布決定Fe3C的厚度和相互之間的距離決定。4.奧氏體爐奧氏體爐4.2 鋼絲結構的轉變 鋼的組織由不同方向分布的滲碳體的晶粒組成，之間的間隙（晶界）由雜亂分布的Fe3C填充。 在拉拔過程中，鋼絲的良好結構會被破壞，晶粒被拉長，斷裂。經過燃氣爐加熱，使晶粒重新形成滲碳體。在爐子中，被破壞的Fe3C重新融合；在淬火槽中， Fe3C重新排列。 溫度超過723（取決于鋼絲成分及加熱速度）鋼絲會奧氏體化。碳原子滲透到間隙里去，需要一定的時間，也即我們要時鋼絲加熱到更高的溫度。完美的奧氏體化要盡可能的均勻，需要有很好的溫度及足夠的時間讓碳原子擴散。但如果鋼絲停留在爐子時間太長，晶粒會長得很大。 燃氣爐

6、共有四個區(qū)，鋼絲在爐子第三區(qū)要達到940-950，第四區(qū)提供一個擴散（溶解）的時間，也即第四區(qū)只是保溫作用，不應該是加熱的過程，通過第四區(qū)的燃燒壓力大小來判斷。4.3 鋼絲奧氏體化的過程 鋼奧氏體化的過程分為4個基本的過程：奧氏體形核、奧氏體長大、剩余滲碳體溶解和奧氏體成分均勻化。示意圖如下： Fe Fe3C 未溶解Fe3C 未溶解Fe3C a)A形核 b)A長大 c）殘留Fe3C溶解 d）A均勻化4.4 影響奧氏體化的因素 1、加熱溫度和保溫時間 2、原始顆粒越細。形核越多，晶核長大速度越快，加速奧氏體 的形成過程。 3、鋼中的碳含量越高，奧氏體化越快。4.奧氏體爐奧氏體爐4.5 DV值 我

7、們的爐子是氣體加熱輻射爐，熱量的傳輸取決于鋼絲的吸熱系數。為了保證奧氏體化均勻一致，得到一致速度的加熱，不同的直徑用不同的收線速度來達到。我們保證同樣單位的表面積的鋼絲通過爐子。表面積和直徑成正比，因此，我們根據燃氣爐的功率得到爐子常數（furnace constant）=D*V。 雖然加熱和鋼絲表面積有關，但還和鋼絲的體積有關，因而雖然在相同的DV值下，不同直徑和不同含碳量的鋼絲的加熱功率（爐溫設定）還是有不同。4.奧氏體爐奧氏體爐4.6 爐溫設定 爐溫的分布可以有不同的設定，如橋式分布，但必須保證奧氏體化的轉變，并且要注意： *對爐氛控制 *保證最后一區(qū)的燃燒壓力 *保證燃燒壓力的穩(wěn)定。

8、橋式溫度分布能更好地保證爐子狀態(tài)，爐子的設計也基于此：Z3到Z4，Z2到Z1。如果Z1壓力太高，會破壞這種流動。橋式溫度分布可以維持Z2、Z3很高的壓力，使氣流正常流動，阻止爐兩端的空氣進入爐子。4.奧氏體爐奧氏體爐4.4 爐溫設定 如何是一個理想的爐溫分布呢，鋼絲在爐中可以分為幾個階段： Z1：在Z1形成保護性的氧化皮（Fe3O4），顏色更暗，吸熱更快。理論上， 當離開Z1時已達到轉變溫度，723。 Z2：在理想情況下，該區(qū)應該提供所有的熱量來使得鐵向鐵轉變，珠光體向奧氏體轉變。在整個轉變過程中，鋼絲溫度在20-30之間，是等溫轉變，熱量提供給組織結構的轉變。 Z3：鋼絲被加熱到最終溫度94

9、0左右。實際上轉變從Z2后半部分開始，可能會持續(xù)到Z3，因此，在很好的情況下，鋼絲溫度在900左右。 Z4：理想情況下，Z4是保溫區(qū)，同時也能提供一定的時間讓如光亮鋼絲等吸熱慢的鋼絲達到所需的溫度。 爐子各區(qū)溫度等于設定溫度，尤其最后區(qū)的溫度和燃燒壓力。最后區(qū)的實際溫度必須等于設定的980（3），燃燒嘴只需打開一半，同時燃燒壓力必須較低，小于150cm水柱。因為鋼絲在前面區(qū)已充分受熱，在最后區(qū)僅需補充鋼絲損失的熱量（保溫）。4.奧氏體爐奧氏體爐4.7 爐氣氛 燃燒產物跟所用的燃氣有關，如液化石油氣LPG，天然氣NG。燃氣中甲烷含量高，熱值高，氫含量高，熱值低。 在我們的爐子中必須防止游離氧，否

10、則氧化物形成會不受控。為了防止游離氧，爐子內部為小的正壓，同時具有稍微的還原性氣氛。 爐子的第一區(qū)可以稍微的氧化性氣氛，使得鋼絲表面迅速形成Fe3O4，我們需要 Fe3O4在進一步加熱時防止脫碳。從第一區(qū)到第四區(qū)，CO的含量應逐漸提高，防止鋼絲中的C和CO2反應，形成脫碳（脫碳鋼絲比正常鋼絲軟，內層硬，外層軟，濕拉會堵塞?？?，鍍層剝落）。CO含量太高，燃燒壓力會很高，爐子壓力不是很理想，奧氏體化不完全。4.奧氏體爐奧氏體爐4.8面縮率和晶粒度面縮率是能衡量奧氏體化的較快的參數，通過拉伸試驗得到。面縮率指標不是標準，因為面縮率的值還取決于盤條質量和拉拔工藝。面縮率的測量必須在24小時以內，否則會

11、產生時效（ageing），數值會偏高。如果面縮率值偏高，說明鋼絲溫度太低，保溫時間太短，晶粒太小。碳沒有完全溶解，有殘留碳化物?？赡艿脑颍轰摻z碰爐底、交叉、纏繞、鋼絲光亮等?，F象：爐出口鋼絲暗，小的晶粒度抗拉強度太低，濕拉會中心毛刺。如果面縮率值偏低，說明鋼絲溫度太高，晶粒增長速度慢，單個奧氏體晶粒太大。鋼絲的延展性差、有脫碳的風險，鋼絲過氧化。 我們也可以通過檢查晶粒尺寸來看溫度設定是否好。如晶粒太大，則保溫溫度太高，適當降低爐溫。如晶粒正常，不要輕易更改第四區(qū)的溫度，應通過改變前幾區(qū)的溫度來調整第四區(qū)的燃燒壓力。 正常的晶粒20-25，鋼絲直徑小于1.20，晶粒在15-22。雖然我們也測

12、面縮率，但最好還是測晶粒度來看奧氏體化的程度。因為改變面縮率時也會改變抗拉強度。5.AQ水淬火水淬火5.1 等溫轉變 我們使用的淬火方式是等溫轉變。鋼絲在進入水淬火液后，由于鋼絲的高溫，會立即形成大量的氣泡環(huán)繞著鋼絲，鋼絲正是在這樣密封環(huán)繞的氣泡內被冷卻的。我們在水中添加AQ液（一種高分子化合物），使溶液的表面張力加大，這樣氣泡就不容易破裂，如果氣泡破裂，則高溫鋼絲和水直接接觸轉變?yōu)橛泊嗟鸟R氏體，這種組織會引起后道拉拔捻制斷絲（示意圖如下）。冷卻速度太慢：產生先共析鐵素體，組織較軟，冷作硬化減弱，產品強度低。轉變溫度太高：珠光體組織粗大，滲碳體片間距大，機械性能低。轉變溫度太低：產生貝氏體甚至

13、馬氏體，拉拔性能差。5.2 AQ水淬火的組織變化 AQ槽分成三部分，它們是：WT1、AIR、和WT2。鋼絲在WT1中的組織是過冷奧氏體，在空氣段中開始由過冷奧氏體轉變成為索氏體（相變放出的熱在空氣后段時使鋼絲又變紅），在WT2中得到更多的索氏體，在出WT2后鋼絲組織轉變的過程基本結束，最終得到以索氏體為主的鋼絲。冷卻曲線如下圖。WT1：A AIR：A+S WT2：S時間5.3 AQ水淬火的調整 調整AQ的目的是要得到要求的強度。當強度超出上標準時，增加空氣段長度，當強度超出上極限時，增加WT1的長度。 a)調整空氣段降低強度的原理是：加長空氣段的長度，則鋼絲在空氣中的相變時間變長，鋼絲上得到了

14、更多的相變熱，鋼絲溫度上升得更多，由于WT2的長度沒有發(fā)生變化，該段帶走鋼絲熱量不變，這樣就減小了過冷度，所以強度下降。 b)調整WT1降低強度的原理是：加長WT1的長度，則鋼絲在空氣中的相變點提前，時間變長，鋼絲上得到了更多的相變熱，使鋼絲溫度上升得更多，由于WT2的長度沒有發(fā)生變化，該段帶走鋼絲熱量不變，這樣就減小了過冷度，所以強度下降。5.4 調整的標準 一般調整時，先看強度在什么范圍，若超出上標準限，則增加WT1長度，若超出上工作限但沒有超出上標準限時，增加空氣長度。增加WT1長度1cm，鋼絲強度下降5MPa；增加AIR 長度1cm，鋼絲強度下降2MPa；增加WT2長度1cm，鋼絲強度

15、上升5MPa。一般是只調整WT1和AIR的長度。6.酸洗酸洗鋼絲在奧氏體化和熱處理時會形成氧化物，還有皂粉和硼砂的固化物，會影響鍍層與鋼絲的結合力，影響濕拉拉拔。酸洗就是把氧化物和氣體固化物去除的過程。正如脫脂是熱處理的預先處理，酸洗是鍍層的預處理。好的酸洗過程，要溶解所有的氧化物，不溶解鋼基，并且酸洗殘留物不停留在鋼絲表面。酸洗很重要，不好的酸洗會造成不好的鍍層，會造成大量的廢品。6.酸洗酸洗 在酸洗過程中，我們必須除去鋼絲加熱過程中產生的所有氧化物。一般來說，在鹽酸溶液中會發(fā)生如下反應：FeOHClFeClH2OFe3O4 H2O H2O（） FeCl H2O（） H2O FeCl + F

16、eCl 3 FeCl 酸洗是利用鋼絲和鹽酸反應生成的氫氣來剝落氧化皮的。鹽酸三份之二的用量和鋼絲反應，三份之一的用量和氧化皮反應。 Fe3+ + Fe Fe2+ Fe3+有氧化性，對鋼絲有腐蝕作用，所以濃度不能太高。因此溶液中Fe2+高一些，能夠抑制Fe3+與Fe 的反應。6.酸洗酸洗酸洗質量的判斷： 生產中，用手掌外側輕觸酸洗水沖洗后鋼絲，不沾染黑色表示酸洗質量較好；有擦不掉的黑色，表示過酸洗；能擦掉的黑色表示酸洗不夠。洗酸器： 洗酸器是酸槽洗的一個組成部分，能洗去空氣中的酸霧。無論生產線啟動或停止，必須保證常開。7.鍍銅槽鍍銅槽電鍍：電鍍：電鍍： 溶液中的金屬離子通過外加電源（整流器），產

17、生電極差，從而沉積在另一種金屬的表面。良好的鍍層能跟基體金屬牢固結合，共同加工。電鍍的條件：陽極：銅粒/陽極板電解液：焦銅溶液/硫酸鋅溶液陰極：鋼絲整流器7.鍍銅槽鍍銅槽電鍍：電鍍：電鍍效率由：槽液溫度、槽液濃度、金屬離子濃度、電流密度、陽極表面質量、陰極效率和流量等決定。鋼絲表面酸洗不好，陰極效率低的影響：鍍層有微孔，降低抗腐蝕性能，降低粘合力。降低溶液穩(wěn)定性。影響鍍層，銅含量、鍍層重量散差變大。（不同鋼絲之間，同一鋼絲不同時間）在電鍍和擴散中需消耗更多的能量陰極效率低，在陰極會產生氫氣，對工作環(huán)境不利增加擴散時的功率消耗，增加強度損失可溶性陽極：因為電位差造成陽極不斷溶解（如鍍銅槽中的銅粒

18、），生產中需要檢查添加。不溶性陽極：陽極是不變化的（如鍍鋅槽中的陽極板），必須要有個反應槽補充溶液中不斷減少的金屬離子7.鍍銅槽鍍銅槽鋼簾線最重要的性能之一是鋼簾線與橡膠的粘合力。鋼簾線最重要的性能之一是鋼簾線與橡膠的粘合力。鋼絲通過黃銅鍍層加強與橡膠的粘合力的機理在于：在硫化處理橡膠時硫與黃銅中的銅產生化學綜合力。因為在硫化初期形成Cu2S，然后在橡膠混合料中有大量的游離硫存在，形成CuS，而CuS這種化合物可以保證粘合強度。黃銅中含有的鋅是接觸劑，它可以調節(jié)銅的硫化物形成速度。同時，黃銅鍍層在濕拉過程中能起潤滑作用。7.鍍銅槽鍍銅槽Fe+Cu2+=CuFe2因為Fe比Cu活潑，所以置換出C

19、u。在CuSO4中就會發(fā)生這種反應。置換反應鍍銅（硫酸銅鍍銅）有如下缺點：1、銅與鋼絲的結合力很差2、鍍層重量難于控制3、鍍層不均勻，組織粗糙，不適合拉拔。4、Fe2會進入溶液，電鍍效率會迅速下降。 7.鍍銅槽鍍銅槽所以，我們采用焦磷酸銅鍍銅焦磷酸銅鍍銅。焦磷酸銅是絡合物，發(fā)生如下電解反應：K6CU(P2O7) 6K+CU(P2O7)26-CU (P2O7)26- Cu2+2(P2O7)4-從電位排列來看，Cu比Fe更惰性，Fe Cu2+ Fe2+ Cu，電解液中Cu2+以絡合物存在，游離的Cu2+濃度很小，避免了用Cu2+鍍銅的不足。7.鍍銅槽鍍銅槽 鍍槽中銅粒要平整，否則鋼絲上的鍍銅量會不

20、一致。如有斷絲,則原本該根鋼絲上所承受的電流會附加至相鄰兩根鋼絲上,造成鍍層偏差。（如圖）7.鍍銅槽鍍銅槽 如果陰極和陽極的電流效率相等，則鍍到鋼絲的Cu2+和產生的Cu2+相等，PH不變。但實際是不可能的，陽極效率大于陰極效率。溶液中的Cu2+會越來越高，PH值也越來越高，所以要使用一個不溶性的陽極來調整。調節(jié)槽中，陰極Cu2+ 2eCu，2H+2e H2，陽極2Cu Cu2+ 4e。 鍍銅槽調整槽的作用： 調整Cu2+的濃度，電流加大，則Cu2+下降。 調整PH值：4OH+4e=H2O+O2，如電流偏大，則PH值會下降。 根據CU(P2O7)26- Cu2+ +2（P2O7）4-，在溶液中

21、添加P2O74-也能抑制Cu2+的產生，降低溶液中Cu2+的濃度，實際生產中添加焦磷酸鉀。8.鍍鋅鍍鋅在鍍鋅槽中發(fā)生如下反應: 陰極: Zn2+ + 2e Zn 2H+2e H2 不溶解性陽極: 4OH+4e 2H2O+O2 鍍鋅槽的陽極板由PbSn制成，改進型用TiLr制成，但價格昂貴。如果溶液中ZnSO4濃度降低，盡量不采用添加ZnSO4粉末來調整。因為ZnSO4粉末含Cl-，會腐蝕陽極板，應該盡量增加鋅板反應。通過添加硫酸，控制PH值來促進鋅板反應。添加的硫酸要受到限制，如溶液中游離的H2SO4太多，會影響陰極的電流效率。PH值控制在1.1-1.9之間。9.熱水洗熱水洗 鍍鋅以后的鋼絲在

22、進入MF（中頻感應加熱）前，首先要熱水洗。熱水洗的作用是清洗、預熱鋼絲并且使鋼絲盡快干燥。熱水的溫度非常重要，在熱水洗后有一組抽氣裝置。生產中必須保證鋼絲進MF前完全干燥，否則MF提供的功率有一部分會用作蒸發(fā)鋼絲上的水分，使得用作鍍層擴散的功率會減少，影響鍍層擴散。10.熱擴散熱擴散 黃銅是銅和鋅的合金，而電鍍是分兩部實現的，鋼絲表面銅和鋅是兩個界限分明的兩層。我們需要把二者充分混合。在熱擴散中，鋼絲外層的鍍層被升溫到560左右，Zn和Cu相互擴散，形成黃銅合金。 熱擴散是利用導體穿過通電的螺旋型線圈受熱升溫的原理，改變電流可調節(jié)加熱的深度。為了使鋼絲不損失強度，我們僅需加熱鍍層部分。10.熱

23、擴散熱擴散 根據Cu不同，黃銅分為相黃銅和相黃銅。相黃銅容易拉拔變形，而相黃銅較硬，不易變形，在濕拉后幾道次易斷絲。我們生產的高銅（HC），銅含量67.0左右，經擴散后總是相黃銅。對于低銅（LC）來說，銅含量63.5左右，擴散溫度上限為了不致損失太大的強度，因此外層總會有相黃銅。/4，對拉拔影響不大。外層銅含量如大于58，就不會有拉拔困難。*影響擴散的因素：加熱鋼絲的體積（DV值）加熱的效率：超音頻的幾何結構、設備設計： 同直徑的NT、HT在相同的DV值下，超音頻設定無差異。超音頻的功率與直徑不呈線形關系。10.熱擴散熱擴散*黃銅鍍層在擴散中的表現： 溫度越高，擴散越徹底。銅含量越高，越容易擴散，鍍層重量越高，越不容易擴散。*擴散與梯度、銅含量的關系： 增加超音頻功率，梯度將下降，但增加了ZnO的量。ZnO在磷酸浸中會被除去，則平均銅含量會上升。*擴散對強度的影響： 超音頻出來的鋼絲應呈灰色，如發(fā)紅說明超音頻功率太高，鋼絲組織可能發(fā)生球化，強度會變高。但經過濕拉拉拔后，強度會下降得很厲害（