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1、第22卷第6期总第131期金属制品1996年12月Vol.22No.6TotalNo.131SteelWireProductsDecember.1996PC钢棒脆性断裂断口的SEM研究董寅生苏华钦刘传博陆辛度(东南大学210096)(无锡钢厂214026)摘要:用扫描电子显微镜(SEM)对PC钢棒生产中产生的脆性断裂断口进行了分析,研究了断裂机理,找出了发生断裂的原因,指出了解决问题的方法。关键词:PC钢棒热处理断裂StudyonBrittleFractureofHiBondWirewithSEMDongYinshengSuHuaqinLiu
2、ChuanboLuXindu(DongnanUniversity210096)(WuxiSteelWorks214026)Abstract:ToanalysethebrittlefractureborninHiBondwireproductionwithSEM,studythefracturemechanism,findoutthereasonandpointoutthemethodsofsolvingtheproblem.Keywords:HiBondwire;heattreatment;fracture混凝土结构用凹螺纹高强度预应力钢1试验方法筋,国内生产单位
3、称之为PC钢棒,是一种以为了找出断裂的原因,对一段时期内不中低碳低合金钢热轧盘圆为原材料,经少许同炉号钢筋脆性断裂试样的断口取样,用冷拔或冷轧加工后进行调质处理,其bHITACHIX650型扫描电子显微镜进行分1420MPa,p0.21270MPa,85%。与析。研究发现,PC钢棒的断裂主要是由钢材高碳预应力钢丝相比,PC钢棒具有高的强韧中的夹杂物缺陷和表面加工缺陷引起的。性、与混凝土的握裹力大、良好的点焊性和端头加工性,便于机械化施工,可以满足许多特2试验结果与讨论殊用途的要求。从80年代后期广州等地由21夹杂物缺陷引起的断裂日本引进以来,得到很大的发展,现在国内已
4、典型的断口形貌见图1a。在断裂试样有不少企业在按JISG3109标准生产。但的断口上,都不同程度地存在夹杂物。当夹是,由于国内生产起步较晚,目前PC钢棒的杂物离钢棒表面层很近时,在钢棒的拉拔加生产中还存在着一些问题。工过程中发生不均匀变形,使钢棒表层分某企业在PC钢棒生产中出现了这样的层;或者产生大的应力集中,在热处理过程问题:经热处理的PC钢棒,在随后的收盘过中使表层和钢棒本体受到应力作用而发生程中,以及收盘后的存放期间发生脆性断裂,开裂和分层,最终成为钢棒热处理后脆性断严重时整盘报废。对断裂PC钢棒进行化学裂的裂纹源。图1a左侧可见裂纹和表层发成分和金相组织分析,与合格产品没有区别,
5、生的分层,点状夹杂物组成的电子探针能谱从断裂断口两边取样测其力学性能,也符合分析见图1b,主要为含Al和Ca的铝酸盐要求。针对这个问题,本文利用扫描电子显夹杂物。微镜(SEM),对生产中发现的断裂断口进行22表面加工缺陷引起的断裂了研究、分析。钢棒的断裂是由于螺纹槽中的显微裂纹第6期董寅生等:PC钢棒脆性断裂断口的SEM研究17图3图2中初生裂纹扩展相遇处形成的撕裂棱图1钢棒夹杂物缺陷引起断裂的典型形貌棒的强度较低,裂纹传播速度大于其他方向,和夹杂物组成因此裂纹扩展放射棱线发生弯曲。引起的,断口的典型形貌见图2。由图2可在钢棒的刻槽加工过程中,由于拉丝模见,裂纹也是从表面处产生。
6、裂纹产生于凹润滑不良,使模具和钢棒表面的接触应力增螺旋槽中,图2中下部和左侧凹槽的角上为大,尤其是槽的两边角上,变形最大,引起的裂纹源处,中间为两边裂纹扩展到最后的撕应力也最大。高应力区在快速加热淬火过程裂棱(图3)。裂纹从槽的两边角上产生,向中产生显微裂纹,若在钢棒收盘后,此处恰好槽的中间扩展,而后向钢棒内部扩展,最终导处于拉应力状态(位于盘的外侧),就会成为致脆性断裂。该断口上虽然有夹杂物,但裂钢棒脆性断裂的裂纹源。纹并不是从夹杂物处产生。由于夹杂物处钢18金属制品第22卷23夹杂物缺陷和表面缺陷引起的断裂当钢棒的表面存在显微裂纹,此裂纹所在的表层下面又有夹杂物存在,
7、此时钢棒最容易发生脆性断裂。在我们分析的样品中,此类断裂约占样品总数的60%。3脆性断裂机理的分析PC钢棒脆性断裂断口平齐,宏观上具有脆性断口特有的放射棱线,而且在绝大部分断口上存在着明显色泽不同的两部分区域,靠近钢棒盘外圈的部分较暗,而内侧部分则要亮一些,生产上称其为阴阳面断口。对这两部分区域用扫描电镜进行了分析,两部分断口形貌见图4a、b,可以看出两个区域的形貌不同。图4a为暗区(阴面),图4b为亮区(阳面),微观上两个区域的
