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時效對冷拔珠光體鋼力學性能分析

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高度冷拔珠光體鋼絲有著廣泛的應用，通常被用于高強度和要求有相當程度韌性的結(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)室溫大變形強化后，其抗拉強度高達5.7GP，比馬氏體時效鋼和形變熱處理鋼高出約1GPa，是現(xiàn)今所有材料中強的金屬材料之一，目前，對于大變形過程組織演變機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%(體積分數(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的真應變下大約有1.5%—2%(原子分數(shù))的碳原子在鐵索體中存在，過飽和固溶體在長時間保溫過程中會發(fā)生脫溶析出細小沉淀物，沉淀物彌散分布于基體中，阻礙位錯運動而產(chǎn)生強化作用。滲碳體的溶解并形成超飽和鐵素體以。同時細小碳化物的析出將對鐵素體再結(jié)晶以及位錯的分布有很大的影響。 1.不同時效溫度下力學性能及電阻的變化 拉拔珠光體鋼抗拉強度高達2061.3MPa，屈服強度為1627MPa。473K時效退火后，抗拉強度以及屈服強度相對于時效前有很大的提高，但延伸率有所降低，隨著溫度的繼續(xù)升高，抗拉強度和屈服強度降低，延伸率增加。在673K時，屈服強度相對于大變形態(tài)也有較大的提高，并且在此溫度下，延伸率，表明673K時效獲得的微觀組織其性能達到一定的強度與韌性的平衡。 2.討論 Wilson曾指出在低溫下Cottrell氣團形成能比碳化物的形成能還要高，相對于碳化物，Cottrell氣團更加穩(wěn)定。隨著溫度的升高，碳原子的活動能力加強，Cot-trell氣團與位錯間的作用將減弱。在低于473K時，Cottrell氣團與位錯間的作用保持穩(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系偏離原來線性關系。 隨著時效溫度的升高，在473K出現(xiàn)屈服強度以及抗拉強度極大值，這一現(xiàn)象與473K時效時有極細小的碳化物析出于滲碳體/鐵素體界面處對應。分析認為，珠光體鋼大變形后滲碳體溶解，碳原子進入鐵素體中形成過飽和鐵素體或為了松弛位錯應力偏聚于位錯處形成Cot-trell氣團，在一定溫度下，如473K時，碳化物會在位錯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，使得力學性能提高。 673K時效保溫過程中，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，同時碳原子在位錯處的聚集可以提高熱穩(wěn)定性，將減慢回復過程，使得鐵素體基體再結(jié)晶困難。同時根據(jù)Orowan的理論，可知硬質(zhì)相尺寸增加，其屈服應力減小，但是隨溫度升高，碳原子脫離Cottrell氣團釋放位錯，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密度降低并使得內(nèi)應力隨之降低，當應力被松弛后，塑性也相對提高。另外，大變形引起的滲碳體相的溶解，會在一定溫度時效時析出，鐵索體中的碳含量相應降低，有助于提高材料的塑性。 873K時效時鐵索體發(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化作用，位錯所產(chǎn)生的內(nèi)應力消失，這些因素均導致抗拉強度以及屈服強度的大幅度降低。 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時效1h時，隨著時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，材料強度先升高后降低，473K時效得到屈服強度以及抗拉強度，在673K時效可獲得良好的強度和塑性綜合力學性能指標。在這種時效條件下，細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，同時界面處位錯密度的降低使得內(nèi)應力松弛，塑性得到相對提高。(圖/文www.yj-jz.cn)

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