橋梁纜索用冷拔珠光體鋼絲微觀組織表征及力學(xué)性能研究.pdf

1、本文綜合采用多種實驗手段系統(tǒng)表征了國內(nèi)外橋梁纜索用SWRH82B典型珠光體盤條的組織特征,明確了國產(chǎn)盤條的不足之處;系統(tǒng)研究了珠光體鋼在冷拔過程中的微觀組織及織構(gòu)演化規(guī)律,闡明了各微觀組織參數(shù)對鋼絲力學(xué)性能的影響,分析討論了冷拔珠光體鋼絲強化機(jī)制;優(yōu)化了現(xiàn)有鋼絲扭轉(zhuǎn)測試方法,用新方法研究了扭轉(zhuǎn)變形對成品熱鍍鋅鋼絲微觀組織及力學(xué)性能的影響,揭示了扭轉(zhuǎn)變形造成鋼絲強度下降的機(jī)理。論文主要結(jié)論如下:
　　(1)提出了對未變形珠光體盤條和

2、變形珠光體鋼絲微觀組織的背散射電子成像(BSEI)表征方法。由于只拋光不腐蝕,從而避免了金相腐蝕帶來的諸多問題。BSEI結(jié)合EBSD技術(shù)可獲得同一微區(qū)的珠光體形貌信息(包括珠光體片層間距和珠光體團(tuán)尺寸等)和鐵素體晶體取向信息(珠光體簇/晶粒尺寸和晶體學(xué)織構(gòu)等)。
　　(2)定量研究了國產(chǎn)Stelmor風(fēng)冷盤條(DP)和日本鹽浴淬火盤條(DLP)微觀組織及力學(xué)性能差異。指出DP盤條微合金化程度高,珠光體片層間距細(xì)小導(dǎo)致其顯微硬度高;

3、硫化物夾雜分布較多、邊部發(fā)生部分脫碳導(dǎo)致其實際強度較低。DP盤條微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)簇狀珠光體特征,一個珠光體簇/晶粒內(nèi)有多個珠光體,珠光體團(tuán)尺寸小,珠光體片層薄、短而且較為彎曲,導(dǎo)致其塑性較差。EBSD結(jié)果顯示DP盤條鐵素體基體內(nèi)小角度界面(LABs)含量較高,LABs形成的主要原因是索氏體化處理時相變應(yīng)力和熱應(yīng)力共同作用的結(jié)果。相變應(yīng)力為固有應(yīng)力,不可避免,而熱應(yīng)力的產(chǎn)生與索氏體化淬火介質(zhì)有關(guān),淬火介質(zhì)熱容量越高,熱穩(wěn)定性越好,相變時熱應(yīng)力

4、越小,LABs數(shù)量相應(yīng)就越小。由于鹽浴的熱穩(wěn)定性比風(fēng)冷更好,熱應(yīng)力小,所以DLP盤條鐵素體內(nèi)LABs比DP盤條少。
　　(3)定量表征了DP盤條在冷拔過程中的微觀組織及織構(gòu)演變。發(fā)現(xiàn)隨冷拔應(yīng)變量增高,滲碳體片層排列位相和鐵素體片層晶體取向均出現(xiàn)擇優(yōu)排列,形成金相織構(gòu)和晶體學(xué)織構(gòu)。珠光體片層間距、鐵素體片層厚度和滲碳體片層厚度同步細(xì)化減薄,并且在橫截面和縱截面上細(xì)化速度保持一致。拉拔低應(yīng)變量時,出現(xiàn)大量局部剪切帶,在縱截面上剪切方向

5、和拉拔方向呈0°至45°角。局部剪切發(fā)生是由于處于軟取向的珠光體團(tuán)在受到周圍硬取向珠光體團(tuán)約束時,團(tuán)內(nèi)鐵素體和滲碳體片層共同滑移變形的結(jié)果。垂直于或者和拉拔方向呈大角度珠光體團(tuán)通過發(fā)生局部剪切變形轉(zhuǎn)向拉拔方向。冷拔變形后,鋼絲橫截面和縱截面顯微硬度沒有出現(xiàn)顯著的各向異性,說明鋼絲強度主要取決于珠光體片層間距大小,而滲碳體片層的擇優(yōu)取向以及＜110＞絲織構(gòu)的形成對鋼絲硬度和強度貢獻(xiàn)較小。
　　(4)系統(tǒng)闡述了冷拔中等應(yīng)變量珠光體鋼絲

6、的強化機(jī)制。發(fā)現(xiàn)對于梁纜索用冷拔珠光體鋼絲而言,強化機(jī)制可以用Embury和Fisher等人提出的界面強化模型進(jìn)行解釋。界面強化:鋼絲屈服強度σys和珠光體片層間距ILS滿足Hall-Petch關(guān)系,即σys和ILS-1/2呈線性關(guān)系。通過擬合本文數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)報道中的相關(guān)數(shù)據(jù)得出公式σys=323.4+1563.9exp(ε/4),計算值與實測值較為符合。對于復(fù)合材料強化而言:需要同時考慮鐵素體片層內(nèi)部和滲碳體內(nèi)部由于位錯密度增值導(dǎo)致的加

7、工硬化作用,然而由于滲碳體非常薄導(dǎo)致無法確定其內(nèi)部位錯組態(tài)和位錯密度。僅考慮鐵素體片層的加工硬化作用的復(fù)合材料強化模型,計算值與實測值相差較大。
　　(5)設(shè)計了新的扭轉(zhuǎn)變形測試方法并研究了扭轉(zhuǎn)變形對成品熱鍍鋅鋼絲組織及性能的影響。發(fā)現(xiàn)鋼絲對扭轉(zhuǎn)變形非常敏感,當(dāng)發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形后,鋼絲屈服強度顯著下降。成品熱鍍鋅鋼絲鐵素體內(nèi)可動位錯較少,扭轉(zhuǎn)變形后,可動位錯數(shù)量增多,滑移變形很容易進(jìn)行,同時滲碳體片層發(fā)生滑移斷裂,片層形貌被破壞,界面