高碳鋼線材顯微組織和屈服強度關(guān)系模型

1、高碳鋼線材顯微組織和屈服強度關(guān)系模型楊方敏，馮運莉，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，運用定量金相技術(shù)，分析計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)驗證，此模型與實驗結(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)報方面進

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，水冷段各個水箱的水壓，風冷各段的風壓等參數(shù)預(yù)報產(chǎn)品的性能，以實現(xiàn)產(chǎn)品的在線質(zhì)量控制。試驗研究表明，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到80%以上且均勻、細小，若索氏體化率偏低或出現(xiàn)其它異常組織就會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)。因此為了實現(xiàn)準確預(yù)報

7、，須建立顯微組織與力學(xué)性能關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。本文主要是對高碳鋼線材的顯微組織與屈服強度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型進行研究，為高碳鋼線材生產(chǎn)工藝的制定提供理論依據(jù)。2試驗材料及方法試驗用鋼取自唐鋼產(chǎn)φ6.5mm的60號鋼和65號鋼，試樣長度350mm，試驗鋼的化學(xué)成分見表1。用線切割機分別從每個試樣上截取10mm長的圓柱形試樣，以備金相檢驗之用，然后用SUN20電子拉伸試驗機測試其力學(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、真實的片間距，約大50%[1]，所以測量的平均片間距乘以50%，作為真實的片間距，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601602651片間距μm0.15920.15700.14613顯微組織與屈服強度間數(shù)學(xué)模型根據(jù)文獻[2]，較高含碳量的鐵素體珠光體組織參數(shù)與屈服強度之間的關(guān)系應(yīng)服從下述關(guān)系式：σs=fα13σα（1－fα13）σ

9、pe（1）fα：鐵素體的體積百分數(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，塑性變形基本上發(fā)生在鐵素體片層內(nèi)，而滲碳體對滑移起阻礙作用[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數(shù)fα，屈服強度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