20-冷变形对不同含碳量珠光体钢丝力学性能的影响

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1、冷变形对不同含碳量珠光体钢丝力学性能的影响倪自飞1,2，底华芳1，姚利丽1，2,王威1，石荣珠1（1.江苏兴达钢帘线股份有限公司，江苏省泰州市，225721；2.江苏省结构与功能复合材料重点实验室江苏泰州225721）1简介随着日益迫切的环保要求，关于汽车排放废气的法规越来越严，对轮胎轻量化要求也提上日程。而轮胎轻量化趋势促使钢帘线强度不断攀升，抗拉强度从普通强度（2800MP）、高强度（3600MPa）逐步向超高强度（4000MPa）以上发展[1,2]。与普通强度、高强度帘线用钢盘条相比，超高强度帘线用钢盘条在化学成分由普强的0.72%wt（

2、简称72C）和高强度0.82%wt（简称82C）提高至0.92%wt（简称92C）。由于钢丝的拉拔塑性变形是在室温下进行的，且钢丝拉拔过程形变量较大，所以随着形变量的加大，必然会发生冷加工硬化，即强度、硬度不断升高，变形抗力不断加大，塑性却不断下降[3,4]。冷拉珠光体钢丝是强度最高的金属材料之一，广泛应用于悬拉绳缆、轮胎支撑钢丝等。研究表明，经索氏体化的珠光体钢丝经室温大变形拉拔后，其抗拉强度可高达5.7GPa[5]。因此，冷拔变形过程中珠光体钢丝的抗拉强度随变形量的增加的变化规律与冷变形强化机制变的尤为重要。本文系统研究了不同含碳量珠光体钢

3、丝在冷拉塑性变形过程中的抗拉强度与真应变的关系，探讨了冷拉珠光体钢丝的强化机制。2试验材料及方法试验样品在江苏兴达钢帘线股份有限公司现场采集，实验材料为72C、82C和92C热处理后镀铜钢丝。其前处理方式如下：首先将Φ5.5mm盘条经表面处理后，连拉至Φ1.75mm或Φ1.72mm，然后经过不同连续热处理电镀生产线进行水浴淬火得到Φ1.75mm或Φ1.72mm镀铜钢丝。其SEM显微组织如图1所示，尺寸和力学性能如表1所示。可以看出，72C的镀铜钢丝热处理后的组织为索氏体+少量先共析铁素体，82C和92C的镀铜钢丝热处理后的组织为索氏体，基本上观

4、察不到先共析渗碳体的存在。(a)Φ1.75mm72C(b)Φ1.75mm82C(c)Φ1.72mm92C图1不同含碳量索氏体化钢丝SEM组织表1镀铜钢丝力学性能含碳量直径（mm）抗拉强度（MPa）断面收缩率（%）72C1.747115554.682C1.750123749.592C1.721133245.7经索氏体化后的镀铜钢丝随后的拉拔工艺流程如下：（1）72C和82C钢丝。Φ1.75→Φ0.30mm共经过24道次，总压缩率为97.11%，真应变为3.55。（2）92C钢丝。Φ1.72→Φ0.30mm共经过24道次，总压缩率为97.02%，真

5、应变为3.51。从索氏体化后的镀铜钢丝开始，逐道次取样测量。采用ZWICK-Z010拉力试验机进行拉伸试验，实验方法参照GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法。3试验结果及分析3.1冷拉拔珠光体钢丝应变量与抗拉强度的关系图2拉拔真应变对不同含碳量珠光体钢丝抗拉强度的影响图2是三种含碳量钢丝在拉拔过程中，钢丝的抗拉强度随着真应变增加的关系曲线，当真应变小于2.0即总压缩率小于86.4%时，随着拉拔变形量的增加，三种钢丝的抗拉强度均成呈直线上升，这是因为当真应变小于2.0时，随着变形量的增加，大量的珠光体片层发生转动，与拉伸轴方向逐渐趋于

6、一致，在变形的过程中被减薄变成了纤维状细条。珠光体片层间距不断减小，渗碳体片层厚度和铁素体片层厚度基本上同步减小，铁素体—渗碳体相界面是位错运动的障碍，铁素体和渗碳体相细化导致晶粒界面数量增加，从而增大了位错运动的阻力，宏观上表现为其抗拉强度的提高。其抗拉强度的变化趋势大致遵循Hall－Petch关系式[1]：σb=σ0+kλ-1/2来表示，其中σ0和σb分别表示变形前后珠光体的强度，λ为变形后的片间距，k为与材料有关的常数。当钢丝的真应变大于2.0时，三种钢丝的抗拉强度继续增加，但增加速度较真应变小于2.0时快。这是由于随着变形程度的不断增大

7、，由于珠光体层片间距的减小导致单位体积内铁素体/渗碳体总界面面积增加，从而使体系总界面能增加，增加的界面能令体系处于亚稳态，为了再次达到平衡，碳原子会从渗碳体扩散到铁素体中，从而发生界面移动，出现渗碳体溶解，这些分离的碳原子部分进入α-Fe晶格的八面体间隙中，造成不对称畸变。研究指出[6]，当碳原子进入刃型位错时，形成的亚稳态相ε碳化物与位错作用，是造成变形后高碳钢硬度显著升高的原因。92C钢丝组织中渗碳体数量增多，因而渗碳体溶解后进入铁素体中的碳原子较多，从而碳原子的固溶度大大增加，在拉拔后期造成的固溶强化效果大于82C和72C钢丝，最终使得

8、在同等变形条件下，碳的质量分数越高，钢丝的抗拉强度越高，92C钢的强度最高，而72C钢的最低。3.1.1线性关系阶段当ε＜2.0时，对图2试验结果分别