大應(yīng)變冷拔珠光體鋼絲由于其強度高、韌性好，一直被廣泛應(yīng)用于大橋纜索、高層建筑和輪胎加強鋼簾線等領(lǐng)域。高強度鋼絲制品一般采用共析點附近的高碳鋼作為生產(chǎn)原料，鉛浴等溫淬火后高碳盤條獲得片層細小的珠光體組織，再進行劇烈冷拉拔變形，鋼絲強度隨應(yīng)變量的增大而急劇上升。已有研究表明，珠光體鋼經(jīng)過室溫大應(yīng)變拉拔變形后，其強度可達5700MPa，是現(xiàn)今世界強度的結(jié)構(gòu)材料之一。因此，片層結(jié)構(gòu)的珠光體鋼絲拉拔變形過程中的加工硬化問題成為研究的熱點。研究表明，珠光體片層間距是影響珠光體鋼屈服強度的關(guān)鍵因素，并基本滿足Hall-Petch關(guān)系。但是，研究結(jié)果顯示Hall-Petch關(guān)系只適用于變形量較小，珠光體片層厚度較大時，難以解釋大應(yīng)變珠光體鋼絲的高強度。然而，研究珠光體鋼絲冷拔變形過程中的加工硬化對于預(yù)測后期變形拉拔力和變形后鋼絲性能都非常重要。
1.珠光體片層間距
共析鋼組織是由一個個珠光體團組成，而每個珠光體團都是由鐵素體和滲碳體片層相間構(gòu)成，并且相鄰珠光體團其片層都有不同的排列方向。在鋼絲冷拔變形過程中，鋼絲在徑向受壓軸向受拉的應(yīng)力狀態(tài)下直徑變小，強度上升：微觀組織上珠光體片層間距變小，珠光體片層排列方向逐漸調(diào)整到絲軸方向。
2.討論
隨變形應(yīng)變量的增大，由于加工硬化效應(yīng)鐵素體強度隨之增大。但由于滲碳體難以產(chǎn)生塑性變形，其加工硬化效應(yīng)基本可以忽略。加工硬化機制源于Hall-Petch關(guān)系，鐵素體—滲碳體相界面是位錯運動的障礙，在鐵素體片層內(nèi)
部，必須塞積足夠數(shù)量的位錯才能提供必要的應(yīng)力，驅(qū)使相鄰片層中位錯源開動并產(chǎn)生宏觀可見的塑性變形，即發(fā)生屈服。因而，鐵素體片層間距的減小將減少片層內(nèi)位錯塞積群的長度，使屈服強度提高。然而，在這種類似于疊層材料的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)片層厚度減小到一定程度(<100nm)，片層中難以形成有效位錯塞積，其塑性變形不再通過位錯塞積造成應(yīng)力集中引發(fā)，而主要通過一個個單個位錯的“弓出滑動”實現(xiàn)。
白珠光體片層間距測量結(jié)果可知，應(yīng)變量>1.5珠光體片層間距<90nm，并且珠光體片層基本上調(diào)整至沿絲軸方向排列，形成了一種片層定向排列，且片層極薄的層狀微結(jié)構(gòu)。由于滲碳體片強度遠高于鐵素體片強度，因此可認為其形成了滲碳體片增強鐵基復(fù)合材料，并且基體具有擇優(yōu)取向，增強片層是定向排列的。根據(jù)EBSD測試的結(jié)果，大于1.5后鋼絲中鐵素體產(chǎn)生強烈的擇優(yōu)取向，并形成單一的絲織構(gòu)，鐵素體片逐漸成為具有單一晶體學(xué)取向的片層結(jié)構(gòu)。
由于位錯不會穿過鐵素體—滲碳體兩相界面，因此位錯運動被滲碳體片限制在鐵素體片層中。由于鐵素體和滲碳體的界面上存在點陣畸變和應(yīng)力場，從而成為位錯滑動的障礙。因此鐵素體中可動位錯在單軸應(yīng)力作用廈在滑移面內(nèi)變得彎曲，隨著應(yīng)力的增大，位錯彎曲程度加劇，并逐漸弓出。所需應(yīng)力大小與位錯張力、鐵素體片層厚度，以及位錯滑移系等參數(shù)有關(guān)。
3.結(jié)論
隨著拉拔變形量的增大，SWRH72A鋼絲強度隨之升高，珠光體片層間距不斷減小，減小趨勢基本符合指數(shù)衰減形式。鋼絲強化機制分析顯示，拉拔變形量較小時(<1.5)，珠光體片層間距較大(>100nm)，鐵素體層中能夠產(chǎn)生足夠的位錯塞積，冷拔鋼絲加工硬化符合Hall-Petch關(guān)系；拉拔變形量大到一定程度，鐵素體片層厚度太薄，難以產(chǎn)生有效的位錯塞積，并由于大量位錯兩端被釘扎于滲碳體-鐵素體界面，鋼絲強化符合位錯弓出強化機制。(圖/文www.hseshg.com)