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m.hseshg.com)