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时间:2018-10-07
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1、钢材冷作硬化机理及工程使用注意事项李晓月LIXiao-yue(长安大学建筑工程学院,西安710018)(CollegeofCivilEngineering,Changacute;anUniversity,Xiacute;an710018,China)摘要:从金属晶体结构角度研究钢材冷作硬化的机理,并运用结论解释实验现象。通过对实验现象的分析,深入探究影响钢材力学性能变化的因素。结果表明,为保证钢材在使用过程中有良好的强度及塑性,并避免脆性造成的损害,在施工过程中应合理选择变形量和时效温度及时间。Abstract:Thispaperstudiesthemechanismof
2、cold-theperspectiveofmetalcrystalstructureandusetheconclusiontoexplainsomeexperimentalphenomena.Byanalyzingtheexperimentalphenomena,thefactorsaffectingtheperformancesofsteelmaterialsaterialshavegoodintensityandplasticityandavoidthebrittlenessdamage,reasonabledeformation,agingtemperaturean
3、dtimeshouldbeusedintheprocessofconstruction..jyqketalcrystalstructure;deformation;agingtemperatureandtime中图分类号:TG156.92文献标识码:A:1006-4311(2014)34-0070-02简介:李晓月(1994-),女,河北邯郸人,本科,从事土木工程材料研究。1冷作硬化机理在研究钢材冷作硬化机理时,先对钢材中主要成分即铁(Fe)的晶体结构进行分析。在对金属晶体的研究中,我们了解到,除Po为简单立方堆积外,大部分金属采用面心立方、体心立方或六方最密堆积中的一种
4、。用致密度和配位数描述晶体中原子排列的紧密程度。见表1。由表1可知,纯铁在常温下采用体心立方堆积,其致密度及配位数相对较小,即原子排列紧密程度较低。在低温或常温下进行冷轧、冷拉或冷拔时,易发生晶格的扭曲、畸变,从而使晶粒受剪力滑移或变形,晶粒受剪力滑移后产生摩擦力;晶粒发生变形时,金属原子发生相对位置的变化,金属内正负电荷平衡被打破,产生电场力,需要电子重新分布来恢复平衡,由于电子不断运动恢复平衡,致使磁平衡也将被破坏,因此表现出在一段时间内的磁性。晶格的扭曲、畸变使金属塑性和韧性变差;摩擦力和磁力使屈服点、硬度提高。由此可推测,在工程常用金属中,铁较其他金属易发生冷作硬
5、化。铁在不同条件下晶体结构会发生改变。纯铁到了912C°以上就转化为了面心立方体堆积。面心立方晶格的铁并没有铁磁性。在铁中添加其他元素,晶格转变温度会下降。如:在铁中加入碳后,晶格转化温度将下降到727C°。大量加入其它合金元素,这个转化温度甚至可以降到室温以下。在室温仍可以保持面心立方堆积的不锈钢称为奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢无磁性。根据这一特点,可在钢材冷作硬化过程中测定磁性变化来分析其机理。奥氏体不锈钢开始表现为无磁性,进行冷轧、冷拉或冷拔处理后,由于错位塞积和形变诱发马氏体相变,从而产生磁性(马氏体存在磁性)。在冷却条件不同的情况下,表现出的磁性变化不同,从而强度
6、和塑性变化不同。金属塑性变形时,根据晶体结构变化,大致可分为三阶段。第一阶段为弹塑性变形,在晶粒范围内发生晶块破碎和错位塞积。第二阶段主要是塑性变形,并有非位错性的破坏性变形。第三阶段材料发生破坏。在冷作硬化施工过程,金属主要发生第一和第二阶段的变化。错位塞积和形变诱发马氏体相变,形变量不同,对金属内磁平衡的破坏不同,恢复磁平衡难度和所需时间也不同。形变量越大,马氏体产生越多。冷却温度过低时,金属内电子难以迅速运动恢复至磁力平衡,导致马氏体持续一段时期;当冷却时间足够长时,金属内电子逐步恢复至磁力平衡,可使由形变引起的马氏体部分消失。2实验现象及分析2.1选取0.1/s,
7、1/s,2.5/s,5/s的变形速率,在不同应变速率下选取10%、20%、30%和50%的应变程度进行试验。经显微分析及磁性分析后可发现,在相同变形速率下,变形量大于10%后,随变形量增加,马氏体增加。变形量为30%-50%的马氏体增加速率大于形变量为10%-30%的马氏体增加速率。而且,在20%、30%及50%三种形变量的不同速率下,磁性均增加,说明奥氏体不锈钢在冷变形过程中有磁性相产生。该磁性相即为马氏体。变形量增大,引起金属内磁力平衡破坏大,从而产生磁力,产生马氏体这种“硬化相”。作为直线与错位线相互作用的“硬相”,阻碍
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