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钢帘线钢丝冷拉拔过程中组织演变的定量研究与力学性能

张晓丹  
【摘要】: 本论文以钢帘线珠光体钢丝材料为研究对象,定量统计研究了钢丝在冷拉拔过程中组织结构及微织构的变化规律及其与力学性能的关系。利用扫描电子显微镜和电子背散射衍射技术测定了铁素体微织构的分布,着重分析了渗碳体的变形和断裂与铁素体取向的关系;用透射电镜表征了铁素体和渗碳体的变形;用微束电子衍射技术定量表征了铁素体片条间及内部取向差演变的规律;用X射线衍射定量表征了拉拔前后铁素体晶格常数的变化,进而分析渗碳体的分解。 对微观组织形貌和铁素体微织构的研究表明:⑴随着拉拔应变量的增大,组织逐渐转向拉拔方向,最后在纵截面上形成平行于拉拔方向的层片状组织,在横截面上呈现为弯折层片状组织。⑵拉拔过程中形成平行于拉拔方向的强铁素体110丝织构,随应变量的增大铁素体110丝织构增强,其他织构组分减弱;110丝织构增强幅度自钢丝中心至接近表面区域递减。 定量系统地研究铁素体变形及渗碳体变形和溶解表明:⑴铁素体中的位错密度随应变量的增大而增大。初始钢丝中铁素体/渗碳体界面上存在高密度的位错。在拉拔前期,铁素体内部的位错密度快速增加,在拉拔后期阶段增速缓慢,铁素体内部的体密度保持在1016 m-3的数量级上。相邻铁素体片条间取向差与片层间距的比值随应变量增大而增加。铁素体基体内大角位错界面形成与应变量有关:应变量小其形成与局部剪切或S-band有关;应变量大时其形成不仅与局部剪切或S-band有关,还与拉拔过程中位错很可能在铁素体/渗碳体界面处通过湮灭、重新排列形成明锐的位错界面进而增大取向差有关。⑵渗碳体表现出很好的变形能力。渗碳体变形与铁素体取向密切相关,其滑移或剪切方向平行于由Schmid因子所确定的铁素体{110}或{112}滑移面的迹线。渗碳体在变形过程中不断碎化且由单晶转变为多晶。珠光体片层间距和渗碳体的片层厚度与钢丝直径呈线性减小的关系。⑶基于组织结构的定量表征,采用铁素体片条厚度和铁素体内位错密度作为主要变量,预测钢丝的屈服强度,结果与实验数据吻合。将Smith提出的裂纹萌生模型应用于渗碳体剪切应力分析,结合钢丝的屈服强度和抗拉强度很好地解释了各应变量下钢丝中的组织结构变化。


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