大应变冷拔钢丝的强化分析

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大应变冷拔珠光体钢丝由于其强度高、韧性好，一直被广泛应用于大桥缆索、高层建筑和轮胎加强钢帘线等领域。高强度钢丝制品一般采用共析点附近的高碳钢作为生产原料，铅浴等温淬火后高碳盘条获得片层细小的珠光体组织，再进行剧烈冷拉拔变形，钢丝强度随应变量的增大而急剧上升。已有研究表明，珠光体钢经过室温大应变拉拔变形后，其强度可达5700MPa，是现今世界强度最高的结构材料之一。因此，片层结构的珠光体钢丝拉拔变形过程中的加工硬化问题成为研究的热点。研究表明，珠光体片层间距是影响珠光体钢屈服强度的关键因素，并基本满足Hall-Petch关系。但是，研究结果显示Hall-Petch关系只适用于变形量较小，珠光体片层厚度较大时，难以解释大应变珠光体钢丝的高强度。然而，研究珠光体钢丝冷拔变形过程中的加工硬化对于预测后期变形拉拔力和变形后钢丝性能都非常重要。 1.珠光体片层间距 共析钢组织是由一个个珠光体团组成，而每个珠光体团都是由铁素体和渗碳体片层相间构成，并且相邻珠光体团其片层都有不同的排列方向。在钢丝冷拔变形过程中，钢丝在径向受压轴向受拉的应力状态下直径变小，强度上升：微观组织上珠光体片层间距变小，珠光体片层排列方向逐渐调整到丝轴方向。 2.讨论 随变形应变量的增大，由于加工硬化效应铁素体强度随之增大。但由于渗碳体难以产生塑性变形，其加工硬化效应基本可以忽略。加工硬化机制源于Hall-Petch关系，铁素体—渗碳体相界面是位错运动的障碍，在铁素体片层内 部，必须塞积足够数量的位错才能提供必要的应力，驱使相邻片层中位错源开动并产生宏观可见的塑性变形，即发生屈服。因而，铁素体片层间距的减小将减少片层内位错塞积群的长度，使屈服强度提高。然而，在这种类似于叠层材料的结构中，当片层厚度减小到一定程度(<100nm)，片层中难以形成有效位错塞积，其塑性变形不再通过位错塞积造成应力集中引发，而主要通过一个个单个位错的“弓出滑动”实现。 白珠光体片层间距测量结果可知，应变量>1.5珠光体片层间距<90nm，并且珠光体片层基本上调整至沿丝轴方向排列，形成了一种片层定向排列，且片层极薄的层状微结构。由于渗碳体片强度远高于铁素体片强度，因此可认为其形成了渗碳体片增强铁基复合材料，并且基体具有择优取向，增强片层是定向排列的。根据EBSD测试的结果，大于1.5后钢丝中铁素体产生强烈的择优取向，并形成单一的丝织构，铁素体片逐渐成为具有单一晶体学取向的片层结构。 由于位错不会穿过铁素体—渗碳体两相界面，因此位错运动被渗碳体片限制在铁素体片层中。由于铁素体和渗碳体的界面上存在点阵畸变和应力场，从而成为位错滑动的障碍。因此铁素体中可动位错在单轴应力作用厦在滑移面内变得弯曲，随着应力的增大，位错弯曲程度加剧，并逐渐弓出。所需应力大小与位错张力、铁素体片层厚度，以及位错滑移系等参数有关。 3.结论 随着拉拔变形量的增大，SWRH72A钢丝强度随之升高，珠光体片层间距不断减小，减小趋势基本符合指数衰减形式。钢丝强化机制分析显示，拉拔变形量较小时(<1.5)，珠光体片层间距较大(>100nm)，铁素体层中能够产生足够的位错塞积，冷拔钢丝加工硬化符合Hall-Petch关系；拉拔变形量大到一定程度，铁素体片层厚度太薄，难以产生有效的位错塞积，并由于大量位错两端被钉扎于渗碳体-铁素体界面，钢丝强化符合位错弓出强化机制。(图/文www.wxlgjx.cn)

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