时效对冷拔珠光体钢力学性能分析

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高度冷拔珠光体钢丝有着广泛的应用，通常被用于高强度和要求有相当程度韧性的结构材料中，比如悬拉绳缆、轮胎支撑钢丝、工程弹簧等。已有研究表明，共析钢经室温大变形强化后，其抗拉强度高达5.7GP，比马氏体时效钢和形变热处理钢高出约1GPa，是现今所有材料中最强的金属材料之一，目前，对于大变形过程组织演变机制集中在大变形过程中渗碳体溶解的问题，通过Mossbauer谱测定发现在大变形过程中有大约20%—50%(体积分数)的渗碳体溶解，并通过场发射三维原子探针(AP-FIM)测定在4.2的真应变下大约有1.5%—2%(原子分数)的碳原子在铁索体中存在，过饱和固溶体在长时间保温过程中会发生脱溶析出细小沉淀物，沉淀物弥散分布于基体中，阻碍位错运动而产生强化作用。渗碳体的溶解并形成超饱和铁素体以。同时细小碳化物的析出将对铁素体再结晶以及位错的分布有很大的影响。 1.不同时效温度下力学性能及电阻的变化 拉拔珠光体钢抗拉强度高达2061.3MPa，屈服强度为1627MPa。473K时效退火后，抗拉强度以及屈服强度相对于时效前有很大的提高，但延伸率有所降低，随着温度的继续升高，抗拉强度和屈服强度降低，延伸率增加。在673K时，屈服强度相对于大变形态也有较大的提高，并且在此温度下，延伸率最大，表明673K时效获得的微观组织其性能达到一定的强度与韧性的平衡。 2.讨论 Wilson曾指出在低温下Cottrell气团形成能比碳化物的形成能还要高，相对于碳化物，Cottrell气团更加稳定。随着温度的升高，碳原子的活动能力加强，Cot-trell气团与位错间的作用将减弱。在低于473K时，Cottrell气团与位错间的作用保持稳定状态；但是温度升高到473K，TEM观察表明，碳化物已明显析出，碳化物的析出引起显微组织变化使得电阻与温度的关系偏离原来线性关系。 随着时效温度的升高，在473K出现屈服强度以及抗拉强度极大值，这一现象与473K时效时有极细小的碳化物析出于渗碳体/铁素体界面处对应。分析认为，珠光体钢大变形后渗碳体溶解，碳原子进入铁素体中形成过饱和铁素体或为了松弛位错应力偏聚于位错处形成Cot-trell气团，在一定温度下，如473K时，碳化物会在位错及晶界等高能位置处形核长大。由于碳化物是硬质相，而位错要越过碳化物需要一定能量，造成宏观抗力的增加，使得力学性能提高。 673K时效保温过程中，碳化物略有长大，铁素体未再结晶。可见在473-673K仅仅是碳化物继续析出和稍许长大的过程，且细小碳化物在界面处钉扎铁素体界面，使得铁素体界面难于移动不易再结晶长大，同时碳原子在位错处的聚集可以提高热稳定性，将减慢回复过程，使得铁素体基体再结晶困难。同时根据Orowan的理论，可知硬质相尺寸增加，其屈服应力减小，但是随温度升高，碳原子脱离Cottrell气团释放位错，过饱和铁素体中析出Fe3C，处于渗碳体与铁素体界面处的位错密度降低并使得内应力随之降低，当应力被松弛后，塑性也相对提高。另外，大变形引起的渗碳体相的溶解，会在一定温度时效时析出，铁索体中的碳含量相应降低，有助于提高材料的塑性。 873K时效时铁索体发生再结晶，颗粒状碳化物分布在晶界或三叉晶界处不再起强化作用，位错所产生的内应力消失，这些因素均导致抗拉强度以及屈服强度的大幅度降低。 3.总结 变形量为2.89的拉拔珠光体钢中57%的渗碳体溶解，在473-873K时效1h时，随着时效温度的升高溶解的碳化物在铁索体与渗碳体界面处析出，材料强度先升高后降低，473K时效得到最大屈服强度以及抗拉强度，在673K时效可获得良好的强度和塑性综合力学性能指标。在这种时效条件下，细小碳化物在铁索体与渗碳体界面处析出，对晶界有钉扎作用，使铁素体再结晶温度提高，同时界面处位错密度的降低使得内应力松弛，塑性得到相对提高。(图/文www.wxlgjx.cn)

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