CN112323524B - 一种镍钛合金丝绳及其生产工艺 - Google Patents

一种镍钛合金丝绳及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种镍钛合金丝绳及其生产工艺，其中，镍钛合金丝绳包括以丝绳捻向和丝绳捻距被绞捻在一起的股，所述股包括被绞捻在一起的SMA丝股所述股包括1股核心股和6股外围股，所述核心股的直径大于所述外围股的直径；所述外围股缠绕在所述核心股外围绞捻为1束SMA丝绳；所述SMA丝股包括1根核心SMA丝和6根外围SMA丝，所述核心SMA丝的直径大于所述外围SMA丝的直径，所述外围SMA丝缠绕在所述核心SMA丝外围绞捻为股。生产工艺，包括以下步骤：①选料；②拉丝；③分切；④配丝；⑤捻股；⑥分切；⑦配股；
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE002
合绳；
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE004
退火。

Description

一种镍钛合金丝绳及其生产工艺
技术领域
本发明属于建筑防震抗拉元件技术领域，具体的说，涉及了一种镍钛合金丝绳及其生产工艺。
背景技术
近年来国内外地震工程研究的发展呈现出从抗震、减隔震走向可恢复功能的趋势。自复位结构是可恢复功能结构的主要内容之一。自复位功能研究旨在使建筑结构在遭遇强震后具有自动减小残余变形的能力，从而减小强震灾害。形状记忆合金（SMA）材料具有独特的形状记忆效应和超弹特性，具有经历较大应变后自动恢复初始形状及应变的能力，近年来，随着人们对更具韧性、高性能和智能结构系统的需求不断增长，SMA材料逐渐引起了土木工程领域研究人员的广泛关注。
SMA基本元件是构成SMA构件或结构体系的重要组成部分，通常决定了结构的功能性、安全性与经济性。其常见类型有丝材、棒材、绞线、弹簧和碟簧等。其中，SMA丝材和棒材的应用最为广泛，研究也最为完善。近年来，随着生产技术的提高和工艺的完善，SMA材料（特别是SMA丝材）的造价持续降低。大量研究表明，SMA丝材和棒材受力均匀，呈现出典型的旗帜形滞回特征，具有优良的自复位特性、稳定的滞回性能和较好的耗能能力。但两者在建筑结构领域的应用中又各有其局限性：单根SMA丝材的承载力太小，若使用大量SMA丝又会使其端部锚固变得极为困难；SMA棒材虽然可以提供足够的承载能力，但与丝材相比，其自复位特性、滞回性能以及耗能能力均有所降低，而由于生产工艺的差异，其成本却高于SMA丝材，同时SMA棒材存在脆性破坏及端部螺纹易断裂等问题。由于SMA丝材和棒材在建筑结构应用中存在的上述局限性，一些学者开始进行SMA绞线（或SMA丝绳）的开发和研究工作。
SMA绞线（丝绳）是由多根（多层）SMA丝按照一定标准捻制绞合而成的抗拉元件，其构造与钢绞线（钢丝绳）类似。与SMA丝材相比，特定构造的SMA绞线具有与丝材相近的超弹特性，并具有充足的承载能力。与SMA棒材相比，取材于丝材的SMA绞线造价更低、操作性更强，且不存在脆性破坏和受压屈曲等问题。相比于其它基本元件，SMA绞线的开发较少、研究起步较晚。Reedlunn等对不同结构的超弹性SMA绞线进行了对比试验，发现7×7结构形式的绞线具有与SMA丝材相似的拉伸响应和超弹性性能。Biggs等的试验研究再次证实了7×7结构的绞线能够有效地“放大”SMA丝材的优越性能。随后Ozbulut等重点研究了超弹性SMA绞线的疲劳特性。Carboni等建立了1×7结构SMA绞线的滞回模型，其预测结果与试验结果吻合较好。Mas等介绍了SMA绞线在钢筋混凝土结构中的潜在应用，通过拉拔试验研究了SMA绞线与混凝土的粘结强度。方成等进行了7×7×0.8结构SMA绞线的热-力学试验研究，考察了不同退火制度对SMA绞线相变温度、强度、刚度、滞回行为、自复位、耗能和定型等性能的影响。上述研究表明，7×7结构形式的SMA绞线具有与SMA丝材相似的力学特性和滞回行为；与丝材相比，虽然其耗能能力略有降低，但其较好的超弹性能、充足的承载能力以及优越的延性和鲁棒性等优点非常突出，是目前镍钛形状记忆合金智能材料应用于结构减隔震及振动控制领域中的较理想的绞线结构形式。
另一方面，目前相关学者均采用相同直径的丝材进行7×7结构形式SMA绞线的捻制与测试，可称之为“相同丝材直径型”SMA丝绳（如图1所示）。然而单一丝材捻制的成品丝绳表面容易出现不平（鼓曲），外层股之间相互挤压，在循环荷载作用下容易在股缝处出现断口，进而发生疲劳破坏，不利于使用结构的抗震性能。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种镍钛合金丝绳及其生产工艺。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
本发明第一方面提供一种镍钛合金丝绳，包括以丝绳捻向和丝绳捻距被绞捻在一起的股，所述股包括被绞捻在一起的SMA丝股，所述股包括1股核心股和6股外围股，所述核心股的直径大于所述外围股的直径；所述外围股缠绕在所述核心股外围绞捻为1束SMA丝绳；
所述SMA丝股包括1根核心SMA丝和6根外围SMA丝，所述核心SMA丝的直径大于所述外围SMA丝的直径，所述外围SMA丝缠绕在所述核心SMA丝外围绞捻为股。
基于上述，包括三种规格的SMA丝，设为A丝、B丝、C丝；A丝作为外围股的外围SMA丝，B丝作为外围股的核心SMA丝和核心股的外围SMA丝，C丝作为核心股的核心SMA丝， A丝、B丝、C丝的直径依次加大。
基于上述，A丝、B丝、C丝之间的直径加大率为10%-25%。
本发明第二方面提供一种镍钛合金丝绳的生产工艺，包括以下步骤：
①选料：采用工业用镍钛合金，其中镍原子占比为50.8%，其余由钛原子和微量杂质原子；
②拉丝：将工业用镍钛合金在真空中频感应炉中进行800-900℃热加工铸锭，铸锭后在600-700℃下进一步热加工，然后进行冷加工至最终所需丝材直径，在450℃下保持30秒进行矫直；拉制A丝、B丝、C丝三种不同直径的丝材，两种不同直径的丝材之间的直径加大率控制在10%-25%；拉制丝材时，B丝的总长度不小于C丝的12倍，A丝的总长度不小于C丝的36倍；
③分切：捻股前对SMA丝股进行分切处理，分切时，控制6根外围SMA丝的长度相等，核心SMA丝长度小于外围SMA丝长度，外围SMA丝与核心SMA丝的长度差值根据两丝材的直径和捻股时的捻距进行计算；
④配丝：将分切好的外围SMA丝与核心SMA丝按相应股的设计结构安装在捻股机上；
⑤捻股：对捻股机进行参数设置，控制股的捻距为成股直径的7-9倍；
⑥分切：合绳前对成股进行分切处理，分切时，控制6股外围股的长度相等，核心股长度小于外围股长度，外围股与核心股的长度差值根据两种股的直径和合绳时的捻距进行计算；
⑦配股：将分切后的成股按镍钛合金丝绳的设计结构安装在合绳机上；
Figure DEST_PATH_IMAGE002
合绳：对合绳机进行参数设置，控制绳的捻距为成绳直径的6倍；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
退火：控制热处理温度在350-450℃之间，对成绳做退火处理，持续时间在10-20分钟之间。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明的镍钛合金丝绳，一方面继承了现有SMA丝绳的优点，与SMA丝材相比，7×7结构的SMA丝绳具有与丝材相近的超弹特性，并具有充足的承载能力，且相对而言便于锚固；与SMA棒材相比，取材于丝材的SMA丝绳造价更低、操作性更强，且不存在脆性破坏和受压屈曲等问题。
另一方面，有效克服现有的SMA丝绳存在的容易发生早期疲劳破坏，不利于结构的抗震性能等缺陷，具备更优越的力学和疲劳性能。
附图说明
图1是现有技术中7×7结构形式SMA丝绳的结构示意图。
图2是本发明镍钛合金丝绳的一种结构示意图。
图3是本发明镍钛合金丝绳的另一种结构示意图。
图4是现有技术中7×7结构形式SMA丝绳的扭转结构示意图。
图5是本发明镍钛合金丝绳的扭转结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图2和图3所示，一种镍钛合金丝绳，包括以丝绳捻向和丝绳捻距被绞捻在一起的股，所述股包括被绞捻在一起的SMA丝股，所述股包括1股核心股和6股外围股，所述核心股的直径大于所述外围股的直径；所述外围股缠绕在所述核心股外围绞捻为1束SMA丝绳；
所述SMA丝股包括1根核心SMA丝和6根外围SMA丝，所述核心SMA丝的直径大于所述外围SMA丝的直径，所述外围SMA丝缠绕在所述核心SMA丝外围绞捻为股。
如图4所示，由于丝绳的外围股和外围SMA丝存在扭转结构，当丝绳整体受拉时，这些外层丝材的截面形状会从圆形向椭圆形发展。此时外层丝材的横向直径明显增大，导致相邻丝材之间的挤压力也显著增大，在循环拉伸荷载作用下，较大的挤压力又导致相邻丝材之间的摩擦力增大，容易导致丝绳疲劳失效现象的发生。
如图5所示，本实施例提出的镍钛合金丝绳为内核丝材加大型镍钛合金丝绳，其外围丝材之间间隙较大，当丝绳受拉时，给扭转丝材横向直径的增大预留了空间，从而可以显著减小相邻丝材之间的挤压力和摩擦应力，有利于提高镍钛合金丝绳的疲劳寿命，减缓其功能性疲劳退化效应。
本实施例的SMA丝股包括三种规格的SMA丝，如图2所示，设为A丝、B丝、C丝；A丝作为外围股的外围SMA丝，B丝作为外围股的核心SMA丝和核心股的外围SMA丝，C丝作为核心股的核心SMA丝， A丝、B丝、C丝的直径依次加大。A丝、B丝、C丝之间的直径加大率为10%-25%。
本实施例提供的镍钛合金丝绳的生产工艺包括以下步骤：
①选料：采用工业用镍钛合金，其中镍原子占比为50.8%，其余由钛原子和微量杂质原子；
②拉丝：将工业用镍钛合金在真空中频感应炉中进行800-900℃热加工铸锭，铸锭后在600-700℃下进一步热加工，然后进行冷加工（横截面积的缩减率在30-40%之间）至最终所需丝材直径，在450℃下保持30秒进行矫直；拉制A丝、B丝、C丝三种不同直径的丝材，两种不同直径的丝材之间的直径加大率控制在10%-25%；拉制丝材时，B丝的总长度不小于C丝的12倍，A丝的总长度不小于C丝的36倍；
③分切：捻股前对SMA丝股进行分切处理，分切时，控制6根外围SMA丝的长度相等，核心SMA丝长度小于外围SMA丝长度，外围SMA丝与核心SMA丝的长度差值根据两丝材的直径和捻股时的捻距进行计算；
④配丝：将分切好的外围SMA丝与核心SMA丝按相应股的设计结构安装在捻股机上；
⑤捻股：对捻股机进行参数设置，控制股的捻距为成股直径的7-9倍；
⑥分切：合绳前对成股进行分切处理，分切时，控制6股外围股的长度相等，核心股长度小于外围股长度，外围股与核心股的长度差值根据两种股的直径和合绳时的捻距进行计算；
⑦配股：将分切后的成股按镍钛合金丝绳的设计结构安装在合绳机上；
Figure 140209DEST_PATH_IMAGE002
合绳：对合绳机进行参数设置，控制绳的捻距为成绳直径的6倍；
Figure 135978DEST_PATH_IMAGE004
退火：控制热处理温度在350-450℃之间，对成绳做退火处理，持续时间在10-20分钟之间。由于镍钛合金具有较高的弹性，合绳后，成绳的结构容易发生松散，对其进行一定的退火定型处理，不仅能够改善镍钛合金丝绳的定型能力，还能一定程度上提高其力学性能。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (1)

1.一种镍钛合金丝绳的生产工艺，其特征在于：
镍钛合金丝绳，包括以丝绳捻向和丝绳捻距被绞捻在一起的股，所述股包括被绞捻在一起的SMA丝股，所述股包括1股核心股和6股外围股，所述核心股的直径大于所述外围股的直径；所述外围股缠绕在所述核心股外围绞捻为1束SMA丝绳；所述SMA丝股包括1根核心SMA丝和6根外围SMA丝，所述核心SMA丝的直径大于所述外围SMA丝的直径，所述外围SMA丝缠绕在所述核心SMA丝外围绞捻为股；
包括三种规格的SMA丝，设为A丝、B丝、C丝；A丝作为外围股的外围SMA丝，B丝作为外围股的核心SMA丝和核心股的外围SMA丝，C丝作为核心股的核心SMA丝，A丝、B丝、C丝的直径依次加大；
A丝、B丝、C丝之间的直径加大率为10%-25%；
生产工艺包括以下步骤：
①选料：采用工业用镍钛合金，其中镍原子占比为50.8%，其余由钛原子和微量杂质原子；
②拉丝：将工业用镍钛合金在真空中频感应炉中进行800-900℃热加工铸锭，铸锭后在600-700℃下进一步热加工，然后进行冷加工至最终所需丝材直径，在450℃下保持30秒进行矫直；拉制A丝、B丝、C丝三种不同直径的丝材；拉制丝材时，B丝的总长度不小于C丝的12倍，A丝的总长度不小于C丝的36倍；
③分切：捻股前对SMA丝股进行分切处理，分切时，控制6根外围SMA丝的长度相等，核心SMA丝长度小于外围SMA丝长度，外围SMA丝与核心SMA丝的长度差值根据两丝材的直径和捻股时的捻距进行计算；
④配丝：将分切好的外围SMA丝与核心SMA丝按相应股的设计结构安装在捻股机上；
⑤捻股：对捻股机进行参数设置，控制股的捻距为成股直径的7-9倍；
⑥分切：合绳前对成股进行分切处理，分切时，控制6股外围股的长度相等，核心股长度小于外围股长度，外围股与核心股的长度差值根据两种股的直径和合绳时的捻距进行计算；
⑦配股：将分切后的成股按镍钛合金丝绳的设计结构安装在合绳机上；
⑧合绳：对合绳机进行参数设置，控制绳的捻距为成绳直径的6倍；
⑨退火：控制热处理温度在350-450℃之间，对成绳做退火处理，持续时间在10-20分钟之间。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115845128B (zh) * 2022-12-12 2024-03-08 江阴法尔胜泓昇不锈钢制品有限公司 一种骨科内固定系统用钛合金绳及其制备工艺

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1225315A (zh) * 1997-10-14 1999-08-11 倍耐力轮胎有限公司 增强气胎用形状记忆线、含该线的涂胶织物和气胎
CN102666972A (zh) * 2009-11-27 2012-09-12 贝卡尔特公司 开放式多股钢丝绳
CN108716150A (zh) * 2018-06-08 2018-10-30 同济大学 一种耐高温预应力钢绞线
CN111535062A (zh) * 2020-04-27 2020-08-14 江苏兴达钢帘线股份有限公司 一种1+7股子午胎用钢丝帘线

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6817395B2 (en) * 2002-07-30 2004-11-16 The Goodyear Tire & Rubber Company Crown reinforcement for heavy duty tires
ITUB20153899A1 (it) * 2015-09-25 2017-03-25 Univ Degli Studi Roma La Sapienza Struttura tensairity con funi a memoria di forma.

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1225315A (zh) * 1997-10-14 1999-08-11 倍耐力轮胎有限公司 增强气胎用形状记忆线、含该线的涂胶织物和气胎
CN102666972A (zh) * 2009-11-27 2012-09-12 贝卡尔特公司 开放式多股钢丝绳
CN108716150A (zh) * 2018-06-08 2018-10-30 同济大学 一种耐高温预应力钢绞线
CN111535062A (zh) * 2020-04-27 2020-08-14 江苏兴达钢帘线股份有限公司 一种1+7股子午胎用钢丝帘线

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