高度冷拔珠光體鋼絲有著廣泛的應(yīng)用，通常被用于高強(qiáng)度和要求有相當(dāng)程度韌性的結(jié)構(gòu)材料中，比如懸拉繩纜、輪胎支撐鋼絲、工程彈簧等。已有研究表明，共析鋼經(jīng)室溫大變形強(qiáng)化后，其抗拉強(qiáng)度高達(dá)5.7GP，比馬氏體時(shí)效鋼和形變熱處理鋼高出約1GPa，是現(xiàn)今所有材料中強(qiáng)的金屬材料之一，目前，對于大變形過程組織演變機(jī)制集中在大變形過程中滲碳體溶解的問題，通過Mossbauer譜測定發(fā)現(xiàn)在大變形過程中有大約20%—50%(體積分?jǐn)?shù))的滲碳體溶解，并通過場發(fā)射三維原子探針(AP-FIM)測定在4.2的真應(yīng)變下大約有1.5%—2%(原子分?jǐn)?shù))的碳原子在鐵索體中存在，過飽和固溶體在長時(shí)間保溫過程中會發(fā)生脫溶析出細(xì)小沉淀物，沉淀物彌散分布于基體中，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動而產(chǎn)生強(qiáng)化作用。滲碳體的溶解并形成超飽和鐵素體以。同時(shí)細(xì)小碳化物的析出將對鐵素體再結(jié)晶以及位錯(cuò)的分布有很大的影響。
1.不同時(shí)效溫度下力學(xué)性能及電阻的變化
拉拔珠光體鋼抗拉強(qiáng)度高達(dá)2061.3MPa，屈服強(qiáng)度為1627MPa。473K時(shí)效退火后，抗拉強(qiáng)度以及屈服強(qiáng)度相對于時(shí)效前有很大的提高，但延伸率有所降低，隨著溫度的繼續(xù)升高，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度降低，延伸率增加。在673K時(shí)，屈服強(qiáng)度相對于大變形態(tài)也有較大的提高，并且在此溫度下，延伸率，表明673K時(shí)效獲得的微觀組織其性能達(dá)到一定的強(qiáng)度與韌性的平衡。
2.討論
Wilson曾指出在低溫下Cottrell氣團(tuán)形成能比碳化物的形成能還要高，相對于碳化物，Cottrell氣團(tuán)更加穩(wěn)定。隨著溫度的升高，碳原子的活動能力加強(qiáng)，Cot-trell氣團(tuán)與位錯(cuò)間的作用將減弱。在低于473K時(shí)，Cottrell氣團(tuán)與位錯(cuò)間的作用保持穩(wěn)定狀態(tài)；但是溫度升高到473K，TEM觀察表明，碳化物已明顯析出，碳化物的析出引起顯微組織變化使得電阻與溫度的關(guān)系偏離原來線性關(guān)系。
隨著時(shí)效溫度的升高，在473K出現(xiàn)屈服強(qiáng)度以及抗拉強(qiáng)度極大值，這一現(xiàn)象與473K時(shí)效時(shí)有極細(xì)小的碳化物析出于滲碳體/鐵素體界面處對應(yīng)。分析認(rèn)為，珠光體鋼大變形后滲碳體溶解，碳原子進(jìn)入鐵素體中形成過飽和鐵素體或?yàn)榱怂沙谖诲e(cuò)應(yīng)力偏聚于位錯(cuò)處形成Cot-trell氣團(tuán)，在一定溫度下，如473K時(shí)，碳化物會在位錯(cuò)及晶界等高能位置處形核長大。由于碳化物是硬質(zhì)相，而位錯(cuò)要越過碳化物需要一定能量，造成宏觀抗力的增加，使得力學(xué)性能提高。
673K時(shí)效保溫過程中，碳化物略有長大，鐵素體未再結(jié)晶?？梢娫?73-673K僅僅是碳化物繼續(xù)析出和稍許長大的過程，且細(xì)小碳化物在界面處釘扎鐵素體界面，使得鐵素體界面難于移動不易再結(jié)晶長大，同時(shí)碳原子在位錯(cuò)處的聚集可以提高熱穩(wěn)定性，將減慢回復(fù)過程，使得鐵素體基體再結(jié)晶困難。同時(shí)根據(jù)Orowan的理論，可知硬質(zhì)相尺寸增加，其屈服應(yīng)力減小，但是隨溫度升高，碳原子脫離Cottrell氣團(tuán)釋放位錯(cuò)，過飽和鐵素體中析出Fe3C，處于滲碳體與鐵素體界面處的位錯(cuò)密度降低并使得內(nèi)應(yīng)力隨之降低，當(dāng)應(yīng)力被松弛后，塑性也相對提高。另外，大變形引起的滲碳體相的溶解，會在一定溫度時(shí)效時(shí)析出，鐵索體中的碳含量相應(yīng)降低，有助于提高材料的塑性。
873K時(shí)效時(shí)鐵索體發(fā)生再結(jié)晶，顆粒狀碳化物分布在晶界或三叉晶界處不再起強(qiáng)化作用，位錯(cuò)所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力消失，這些因素均導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度以及屈服強(qiáng)度的大幅度降低。
3.總結(jié)
變形量為2.89的拉拔珠光體鋼中57%的滲碳體溶解，在473-873K時(shí)效1h時(shí)，隨著時(shí)效溫度的升高溶解的碳化物在鐵索體與滲碳體界面處析出，材料強(qiáng)度先升高后降低，473K時(shí)效得到屈服強(qiáng)度以及抗拉強(qiáng)度，在673K時(shí)效可獲得良好的強(qiáng)度和塑性綜合力學(xué)性能指標(biāo)。在這種時(shí)效條件下，細(xì)小碳化物在鐵索體與滲碳體界面處析出，對晶界有釘扎作用，使鐵素體再結(jié)晶溫度提高，同時(shí)界面處位錯(cuò)密度的降低使得內(nèi)應(yīng)力松弛，塑性得到相對提高。(圖/文www.yj-jz.cn)