高碳鋼線材顯微組織和屈服強(qiáng)度關(guān)系模型

1、高碳鋼線材顯微組織和屈服強(qiáng)度關(guān)系模型楊方敏，馮運(yùn)莉，王成(河北理工大學(xué)金屬材料工程系河北唐山063009)摘要摘要：本文用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡，運(yùn)用定量金相技術(shù)，分析計(jì)算了鐵素體含量和珠光體片間距。研究了高碳鋼線材的顯微組織和屈服強(qiáng)度之間的關(guān)系，建立了表示兩者之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型：σs（Pa）=104.52106161.70（1－fα13）S－1(m)。經(jīng)驗(yàn)證，此模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得較好。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：高碳鋼，線材，顯微組織，屈服

2、強(qiáng)度，數(shù)學(xué)模型MathematicalMathematicalModelModelofofTheTheRelationshipRelationshipBetweenBetweenMicrostructureMicrostructureYieldYieldStrengthStrengthofofHighCarbonSteelWireFENGYunliSHIyanWANGCheng(MetalMaterialEngineeringDepar

3、tmentHebeiPolytechnicUniversityTangshanHebei063009China)Abstract:UsingOpticalMicroscopeScanningElectronMicroscopewiththetechnologyoffixquantitymetallurgicalphaseferritecontenttheplatedistanceofpearliteareanalyzed.Therela

4、tionshipbetweenthemicrostructureyieldstrengthofhighcarbonsteelwirehasbeenstudiedthemathematicalmodeloftherelationshiphasbeenestablished:σs（Pa）=104.52106161.70（1－fα13）S－1(m).Byexamination，thismathematicalmodelfitstotheexp

5、erimentresultwell.Keywds:highcarbonsteelwiremicrostructureyieldstrengthmathematicalmodel1引言高碳鋼高速線材經(jīng)深度拉拔可用于制造鋼絲繩，彈簧鋼絲，及汽車輪胎的簾線等，但國內(nèi)的高碳鋼高速線材在拉拔過程中極易拉斷的問題亟待解決。這一質(zhì)量問題除鋼坯中夾雜物較多的影響外，主要取決于高速線材的生產(chǎn)工藝。為提高高碳鋼線材的質(zhì)量，應(yīng)在開發(fā)高碳鋼線材的性能預(yù)報(bào)方面進(jìn)

6、行深入的研究，即根據(jù)鋼坯的化學(xué)成分和加工工藝參數(shù)，如鋼坯的加熱溫度，開軋溫度，形變溫度，終軋溫度，水冷段各個(gè)水箱的水壓，風(fēng)冷各段的風(fēng)壓等參數(shù)預(yù)報(bào)產(chǎn)品的性能，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的在線質(zhì)量控制。試驗(yàn)研究表明，為了使高碳線材具有優(yōu)良的拉拔性能要求組織中的索氏體含量達(dá)到80%以上且均勻、細(xì)小，若索氏體化率偏低或出現(xiàn)其它異常組織就會(huì)造成拉拔斷或脆斷現(xiàn)象。研究還表明高碳鋼線材的屈服強(qiáng)度與鋼中鐵素體的百分含量，珠光體的片層間距等因素有關(guān)。因此為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)

7、，須建立顯微組織與力學(xué)性能關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。本文主要是對(duì)高碳鋼線材的顯微組織與屈服強(qiáng)度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行研究，為高碳鋼線材生產(chǎn)工藝的制定提供理論依據(jù)。2試驗(yàn)材料及方法試驗(yàn)用鋼取自唐鋼產(chǎn)φ6.5mm的60號(hào)鋼和65號(hào)鋼，試樣長(zhǎng)度350mm，試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分見表1。用線切割機(jī)分別從每個(gè)試樣上截取10mm長(zhǎng)的圓柱形試樣，以備金相檢驗(yàn)之用，然后用SUN20電子拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)試其力學(xué)性能見表2。的片層間距，所以在金相試樣上觀察到的片間距一般都大于

8、真實(shí)的片間距，約大50%[1]，所以測(cè)量的平均片間距乘以50%，作為真實(shí)的片間距，各試樣的片間距見表4。表4各試樣中珠光體的片間距Table4Theplatedistanceofpearliteinthesamples試樣號(hào)601602651片間距μm0.15920.15700.14613顯微組織與屈服強(qiáng)度間數(shù)學(xué)模型根據(jù)文獻(xiàn)[2]，較高含碳量的鐵素體珠光體組織參數(shù)與屈服強(qiáng)度之間的關(guān)系應(yīng)服從下述關(guān)系式：σs=fα13σα（1－fα13）σ

9、pe（1）fα：鐵素體的體積百分?jǐn)?shù)；σα：鐵素體的屈服應(yīng)力；σpe：珠光體的屈服應(yīng)力。珠光體的屈服應(yīng)力σpe可用下式表示[2]：σpe=σiKS－1（2）σi:摩擦應(yīng)力；K：常數(shù)；S:珠光體的片層間距。研究證明，珠光體受力拉伸時(shí)，塑性變形基本上發(fā)生在鐵素體片層內(nèi)，而滲碳體對(duì)滑移起阻礙作用[3]，故式（2）中的σi即為σα，這樣式（2）可寫成：σpe=σαKS－1（3）將式（3）代入式（1）整理得：σs=σα（1－fα13）KS－1（4）

10、將602，651試樣的鐵素體體積百分?jǐn)?shù)fα，屈服強(qiáng)度σs及珠光體片層間距S分別代入式（4）得到如下方程組：σα＋4.343106K=806.78106σα＋4.932106K=902.18106解此方程組得：K=161.70σα=104.52106（Pa）將K=161.70σα=104.52106代入式（4）即得到高碳鋼線材的屈服強(qiáng)度與顯微組織的數(shù)學(xué)模型:σs（Pa）=104.52106161.70（1－fα13）S－1(m)4數(shù)學(xué)模型