金屬拉拔及熱處理基礎(chǔ)理論[1][1]

江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,金屬拉拔及熱處理基礎(chǔ)理論,報(bào)告單位：博士后科研工作站,江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,主要內(nèi)容：一、金屬拉拔的塑性變形理論二、金屬拉拔的加工硬化理論三、鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變四、珠光體組織結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響五、現(xiàn)有熱處理設(shè)備及條件對(duì)鋼絲組織、性能的影響,一、金屬拉拔的塑性變形理論,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,1、金屬的變形和斷裂金屬在外力的作用下，隨著應(yīng)力的增加，可先后發(fā)生彈性變形、塑性變形，直至斷裂。圖1所示為低碳鋼在拉伸時(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線。在應(yīng)力（）低于彈性極限（e）時(shí)，鋼所發(fā)生的變形為彈性變形，其特點(diǎn)是外力去除后，其變形可以完全恢復(fù)，并且，應(yīng)力（）與應(yīng)變（）成正比例：=E，其中比例常數(shù)E稱為“彈性模量”，它反應(yīng)金屬對(duì)彈性變形的抗力，代表材料的“剛度”。彈性變形的實(shí)質(zhì)是在應(yīng)力的作用下，金屬內(nèi)部的晶格發(fā)生了彈性的伸長(zhǎng)和彎扭，但未超過(guò)其原子之間的粘合力。當(dāng)應(yīng)力大于彈性極限時(shí)，鋼不但發(fā)生彈性變形，而且還發(fā)生塑性變形，即外力去除后，其變形不能得到完全的恢復(fù)，存在殘留變形或永久變形。不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。通常用屈服極限（s）表示金屬對(duì)開(kāi)始發(fā)生微量塑性變形的抗力，而塑性則是指金屬能夠發(fā)生塑性變形的量或能力，用伸長(zhǎng)率（%）或斷面收縮率（%）表示。塑性變形的實(shí)質(zhì)是金屬內(nèi)部的晶粒發(fā)生了壓扁或拉伸的不可恢復(fù)的變形。,一、金屬拉拔的塑性變形理論,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,圖1低碳鋼拉伸時(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線,一、金屬拉拔的塑性變形理論,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,隨著應(yīng)力的的增加，鋼的塑性變形增大，應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限（b）后，試樣將開(kāi)始發(fā)生不均勻的塑性，產(chǎn)生縮頸，變形量迅速增大到K點(diǎn)而發(fā)生斷裂。故強(qiáng)度極限表示金屬對(duì)產(chǎn)生不均勻塑性變形而發(fā)生的斷裂，稱為“塑性斷裂”，因其內(nèi)部的晶粒都拉長(zhǎng)成為細(xì)條狀，故這種斷口呈纖維狀，灰暗無(wú)光；另一種斷裂通常發(fā)生在一些脆性材料中，斷裂前并未進(jìn)過(guò)明顯的塑性變形，其斷口常具有閃爍的光澤，這種斷裂稱為“脆性斷裂”。2、金屬單晶體的塑性變形金屬一般都是由無(wú)數(shù)個(gè)單晶粒構(gòu)成的多晶體。金屬單晶體塑性變形實(shí)質(zhì)是晶體中的一部分相對(duì)于另一部分沿一定晶面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。圖2所示，當(dāng)一單晶體試樣受到拉伸時(shí)，外力（P）將在晶內(nèi)一定的晶面上分解為兩種應(yīng)力，一種是平行于該晶面的切應(yīng)力（），一種是垂直于該晶面的正應(yīng)力（）。正應(yīng)力只能引起晶格的彈性伸長(zhǎng)，或進(jìn)一步把晶體拉斷；而切應(yīng)力則可使晶格在發(fā)生彈性歪扭之后，進(jìn)一步造成滑移。通過(guò)大量晶向的滑移，最終便使試樣被拉長(zhǎng)變細(xì)。,一、金屬拉拔的塑性變形理論,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,圖2單晶試樣拉伸變形的示意圖,一、金屬拉拔的塑性變形理論,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,近數(shù)十年來(lái)的理論研究證明，滑移是由于滑移面上的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)造成的。如圖3所示，即為一個(gè)刃位錯(cuò)在切應(yīng)力的作用下在滑移面上的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，通過(guò)一個(gè)位錯(cuò)從滑移面的一側(cè)到另一側(cè)的運(yùn)動(dòng)便造成了一個(gè)原子間距的滑移。晶體的滑移在微觀上是原子位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，而最終表現(xiàn)在宏觀上則產(chǎn)生塑形變形。,圖3晶體中通過(guò)為錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)造成滑移的示意圖,一、金屬拉拔的塑性變形理論,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,只有當(dāng)晶體不易進(jìn)行滑移時(shí)，則以孿晶方式進(jìn)行塑性變形。如圖4，晶體的一部分以一定的晶面（孿晶面）為對(duì)稱面，與晶體的另一部分發(fā)生了均勻切變，結(jié)果使晶體變形部分與未變形部分構(gòu)成鏡面對(duì)稱的位相關(guān)系。,圖4晶體的孿晶示意圖,一、金屬拉拔的塑性變形理論,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,3、多晶體的塑性變形實(shí)際使用的金屬材料幾乎都是多晶體，由許多單晶體晶粒構(gòu)成。在多晶體進(jìn)行塑性變形時(shí)，每個(gè)晶粒的基本變形方式與單晶體的塑性變形基本相同，也主要是以滑移和孿晶的塑性變形基本相同。多晶體的塑性變形可視為許多晶粒變形過(guò)程的綜合結(jié)果。但由于多晶體中的晶粒的晶格位向不同，而且有大量的晶界存在，使得各個(gè)晶粒的塑性變形彼此受阻礙和制約，所以多晶體的塑形變形比單晶體復(fù)雜得多。第一：在外力的作用下，各晶粒的變形有先有后，比且在變形時(shí)有的相互配合有的彼此干擾。隨著外力的增大，晶粒將一批一批的進(jìn)行滑移，而不是一起滑移，即存在不均勻的變形。第二：多晶體的塑性變形抗力要比同類金屬單晶體高得多，這是由于多晶體存在著晶界和晶粒的位向差造成的。多晶體的晶粒越細(xì)，其晶界的面積和不同方位的晶粒數(shù)目就越多，因此塑性變形的抗力也越大。細(xì)晶粒金屬不僅強(qiáng)度高，而且塑性、韌性也好。,一、金屬拉拔的塑性變形理論,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,4、塑形變形對(duì)金屬組織和性能的影響塑形變形可使金屬的組織發(fā)生大致四個(gè)方面的變化：第一：晶粒沿變形方向拉長(zhǎng)，性能處于各向異性。鋼絲被拉拔后晶粒呈沿拉伸方向的纖維狀（見(jiàn)圖5），這種組織表現(xiàn)出沿拉伸方向的較高的強(qiáng)度，垂直拉伸方向的較差的塑韌性。這種組織對(duì)鋼絲的彎曲、扭轉(zhuǎn)很不利。所以應(yīng)在保證鋼絲強(qiáng)度的前提下，盡量減小總壓縮率。,圖5鋼絲拉拔后的纖維狀組織,一、金屬拉拔的塑性變形理論,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,第二：晶粒破碎，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生加工硬化。隨著形變量的增大，由于晶粒破碎和位錯(cuò)密度的增加，金屬的塑形變形抗力迅速增大，即硬度和強(qiáng)度顯著上升，塑性和韌性下降，即產(chǎn)生所謂“加工硬化”。加工硬化會(huì)給金屬的進(jìn)一步加工帶來(lái)困難。第三：織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生。在塑性變形過(guò)程中由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著變形程度的增加，各晶粒的取向?qū)⒋笾纶呌谝恢拢@種變形的結(jié)果使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織叫做變形織構(gòu)。第四：殘余內(nèi)應(yīng)力。外力對(duì)金屬所做的約10%的功轉(zhuǎn)化為殘余應(yīng)力，主要以晶格畸變應(yīng)力的形式存在，這也是使金屬?gòu)?qiáng)化的主要原因之一。,二、金屬拉拔的加工硬化理論,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,目前普遍認(rèn)為單獨(dú)用任何一種理論解釋加工硬化都不夠恰當(dāng)，加工硬化是各種機(jī)制的綜合作用。下面簡(jiǎn)要介紹三種加工硬化理論。1、位錯(cuò)塞積理論（1）位錯(cuò)的塞積：晶體塑性變形過(guò)程中，位錯(cuò)源陸續(xù)啟動(dòng)，它們分別增殖出大量位錯(cuò)環(huán)。這些位錯(cuò)環(huán)的領(lǐng)先位錯(cuò)一旦受阻，后面的位錯(cuò)都停止滑移，形成塞積群，如下圖所示。,圖6位錯(cuò)塞積理論,二、金屬拉拔的加工硬化理論,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,塞積群中諸位錯(cuò)所受的作用力有：1）外加切應(yīng)力0產(chǎn)生的滑動(dòng)力。2）位錯(cuò)間的相互斥力。3）障礙物作用于領(lǐng)先位錯(cuò)的阻力。當(dāng)三種力達(dá)到平衡時(shí)，塞積群中的位錯(cuò)停止滑動(dòng)并按一定規(guī)律排列：越靠近障礙位錯(cuò)越密集，距障礙越遠(yuǎn)越稀疏。晶界是形成位錯(cuò)塞積的障礙之一。當(dāng)由位錯(cuò)源發(fā)出的領(lǐng)先位錯(cuò)在靠近晶界處受阻時(shí)，這里會(huì)出現(xiàn)n0這樣大的切應(yīng)力，也就是說(shuō)形成了很大的應(yīng)力集中。這個(gè)應(yīng)力可能推動(dòng)相鄰晶粒中的位錯(cuò)源啟動(dòng)，使相鄰晶粒與已滑移晶粒協(xié)同動(dòng)作，從而使受阻位錯(cuò)能隨晶界的遷移而繼續(xù)滑動(dòng)。晶粒越細(xì)，塞積的位錯(cuò)環(huán)數(shù)越少，促使相鄰晶粒中的位錯(cuò)源啟動(dòng)所需的外加切應(yīng)力越大，這就是細(xì)晶粒的多晶體金屬?gòu)?qiáng)度較高的原因。造成位錯(cuò)塞積的另一個(gè)重要的障礙是不動(dòng)的位錯(cuò)。（2）洛瑪科垂耳位錯(cuò)（LC位錯(cuò)）：塑性變形過(guò)程中，兩個(gè)相互交叉滑移面上的位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相遇，并相互作用產(chǎn)生新的位錯(cuò)，而這個(gè)新的位錯(cuò)的滑動(dòng)面不是滑移面，所以是一種不動(dòng)的位錯(cuò)，稱為洛瑪位錯(cuò)。,二、金屬拉拔的加工硬化理論,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,科垂耳認(rèn)為，當(dāng)層錯(cuò)能不高時(shí)，原來(lái)兩個(gè)位錯(cuò)均可分解為擴(kuò)展位錯(cuò)，在切應(yīng)力的作用下，如果兩個(gè)擴(kuò)展位錯(cuò)向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它們?cè)趦蓚€(gè)滑移面的交線相遇時(shí)，發(fā)生位錯(cuò)反應(yīng)生成的新位錯(cuò)既不能在原滑移面滑移，也不能在新滑移面上滑動(dòng)，成為更加穩(wěn)定的不動(dòng)位錯(cuò)。這種位錯(cuò)叫面角位錯(cuò)，又稱洛瑪科垂耳（LC）位錯(cuò)。（3）加工硬化的位錯(cuò)塞積機(jī)制：位錯(cuò)源放出的位錯(cuò)列常被取向不同的角面位錯(cuò)包圍。被包圍的位錯(cuò)列發(fā)生塞積，塞積群產(chǎn)生的巨大內(nèi)應(yīng)力會(huì)對(duì)其他位錯(cuò)源及滑動(dòng)的位錯(cuò)造成阻力。變形量越大，塞積群數(shù)量越多，從而使這種阻力越大，金屬的強(qiáng)度提高。2、林位錯(cuò)彈性理論晶體塑性變形過(guò)程中，只有那些滑動(dòng)面與晶體滑移面一致的位錯(cuò)才能進(jìn)行滑移，其余的位錯(cuò)則靜止不動(dòng)。它們就是林位錯(cuò)，這些林位錯(cuò)與滑動(dòng)的位錯(cuò)間的彈性交互作用構(gòu)成滑動(dòng)位錯(cuò)的阻力。隨著變形量的增大和第二滑移系的啟動(dòng)，位錯(cuò)密度不斷增大。這種阻力隨之增大。3、位錯(cuò)割階理論,二、金屬拉拔的加工硬化理論,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,當(dāng)滑移的位錯(cuò)掃過(guò)未滑動(dòng)的位錯(cuò)時(shí)，未滑動(dòng)的位錯(cuò)必然隨被掃晶體移動(dòng)，形成折線。同樣滑動(dòng)位錯(cuò)也將形成曲折。位錯(cuò)交截后形成的臺(tái)階如果位于自身的滑動(dòng)面上，這種臺(tái)階稱為扭折，否則稱為割階。扭折可在滑動(dòng)面上沿原位錯(cuò)線移動(dòng)，不影響整個(gè)位錯(cuò)的滑動(dòng)。割階有的可以隨原位錯(cuò)一起移動(dòng)，有的不可以。不能滑動(dòng)的位錯(cuò)對(duì)原位錯(cuò)有釘扎和拖拽的作用。另一方面，形成割階，晶體自由焓增大，其來(lái)源是額外增大的外力所做的功。變形量越大，割階數(shù)目越多，位錯(cuò)滑動(dòng)的阻力越大，因而金屬?gòu)?qiáng)度隨之提高。這些加工硬化理論實(shí)質(zhì)上都是由于位錯(cuò)的滑移受阻，只是受阻方式不同。4、固溶強(qiáng)化及分散強(qiáng)化高碳鋼盤(pán)條中除Fe元素外，還有C、Cr、Mn、Ni、Al、N、P、Si、S等其他元素。這些元素一部分作為溶質(zhì)原子溶解到-Fe中，而溶質(zhì)原子傾向于聚集到位錯(cuò)周圍形成穩(wěn)定的分布，并與與位錯(cuò)交互作用會(huì)引起周圍的點(diǎn)陣畸變。這種分布和畸變可以釘扎位錯(cuò)使位錯(cuò)滑動(dòng)受阻，金屬得到固溶強(qiáng)化。另一部分元素可形成硬的中間相，如72鋼中的MnC、Al2O3等，82以上鋼中的MnC、Al2O3和二次滲碳體等。當(dāng)中間相為細(xì)小顆粒而且彌散分布時(shí)，將顯著強(qiáng)化金屬。這就是分散強(qiáng)化。然而當(dāng)硬的中間相在晶界聚集或顆粒粗大時(shí)就會(huì)使金屬的塑韌性嚴(yán)重下降。,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,總之，從高碳鋼絲的拉拔塑性變形及加工硬化角度看，需要做到以下幾點(diǎn)：（1）要求鋼絲既具有高的強(qiáng)度，又有好的塑韌性。由鍍銅絲到單絲加工硬化后的強(qiáng)度可用下面的經(jīng)驗(yàn)公式獲得：式中：?jiǎn)?濕拉單絲強(qiáng)度鍍-鍍銅絲強(qiáng)度D-鍍銅絲直徑；d-單絲直徑?？煽紤]適當(dāng)提高我司的鍍銅絲的強(qiáng)度，減小濕拉總壓縮率，既可以以保證單絲的強(qiáng)度，又可使單絲的彎曲、扭轉(zhuǎn)性能提高。（2）要求獲得顆粒均勻的晶粒和最佳的晶粒度。正常鍍銅絲晶粒尺寸為20-25m，直徑小于1.2mm的晶粒尺寸為15-22m（貝卡資料，有待證實(shí)）。晶粒過(guò)小變形抗力過(guò)大，不利于拉拔。（3）合適的濕拉模序，及盡可能小的模具工作錐角度。（4）中間相和二次滲碳體細(xì)小彌散分布，其他雜質(zhì)顆粒細(xì)小分散。,金屬拉拔變形理論小結(jié),三、鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,1、奧氏體的形成2、過(guò)冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變（1）共析碳鋼TTT曲線的分析（2）亞共析碳鋼TTT曲線的分析（3）過(guò)共析碳鋼TTT曲線的分析3、轉(zhuǎn)變的組織與性能（1）珠光體轉(zhuǎn)變（2）貝氏體轉(zhuǎn)變（3）馬氏體轉(zhuǎn)變4、共析鋼過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變,三、鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,1、奧氏體的形成（奧氏體化）（1）共析鋼的奧氏體化,+Fe3C,三、鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,（2）非共析鋼的奧氏體化亞共析鋼（P）過(guò)共析鋼（PFe3CII）奧氏體化的過(guò)程是/界面向內(nèi)、Fe3C/界面向Fe3C內(nèi)移動(dòng)的過(guò)程。由長(zhǎng)大速度決定，鐵素體總是先消失。當(dāng)殘余Fe3C全部溶解后，達(dá)到P成分。Fe3C剛消失時(shí)，C濃度不均勻，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間擴(kuò)散后，達(dá)到成分均勻分布的相。（3）影響奧氏體形成的因素A、奧氏體化條件,加熱溫度越高,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,三、鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,加熱速度越快,B、加熱速度,三、鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,C、鋼的原始組織Fe3C的形狀和大小影響奧氏體的形成。Fe3C片間距界面多，形核多轉(zhuǎn)變快片層狀珠光體比粒狀珠光體更易于形成A。D、化學(xué)成分的影響a、碳：含碳量升高奧氏體的形成速度加快b、合金元素：*改變鋼的臨界點(diǎn)溫度。如Ni、Mn降低*影響碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度。除Co、Ni外，均減慢奧氏體形成速度。2、過(guò)冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變,共析碳鋼TTT曲線的分析,穩(wěn)定的奧氏體區(qū),過(guò)冷奧氏體區(qū),A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開(kāi)始線,A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線,A+產(chǎn)物區(qū),產(chǎn)物區(qū),A1550;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;P轉(zhuǎn)變區(qū)。,550230;中溫轉(zhuǎn)變區(qū);半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;貝氏體(B)轉(zhuǎn)變區(qū);,230-50;低溫轉(zhuǎn)變區(qū);非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體(M)轉(zhuǎn)變區(qū)。,亞共析鋼的TTT曲線,P+F,S+F,T,B,M+A殘,過(guò)共析鋼的TTT曲線,P+Fe3C,S+Fe3C,T,B,M+A殘,三、鋼在加熱及冷卻中的組織轉(zhuǎn)變,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,3、轉(zhuǎn)變的組織與性能（1）珠光體型（p）轉(zhuǎn)變（A1550）A1650：P;525HRC；片間距為0.151.9m(500)；650600：細(xì)片狀P-索氏體(S);2536HRC。片間距為0.080.15m(1000)；600550：極細(xì)片狀P-屈氏體(T);35-40HRC。片間距為0.03-0.08m(電鏡)。,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,三、鋼在加熱及冷卻中的組織轉(zhuǎn)變,珠光體形貌,三、鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,索氏體形貌,三、鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,屈氏體形貌像,三、鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,珠光體（P）、索氏體（S）、屈氏體（T）：這三類組織均屬于珠光體類。該三類組織均是由鐵素體片和滲碳體片組成的機(jī)械混合物，因此這三類組織的性能主要和層片間距有關(guān)。片層間距越小，相界面越大，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙（及塑性變形的抗力）也越大，因而硬度和強(qiáng)度都增高。珠光體類組織的斷裂強(qiáng)度與其片層間距的關(guān)系可用以下公式表示：(MPa)=436.5+98.1S-1(m-1)式中：斷裂強(qiáng)度S片層間距對(duì)于斷面收縮率和延伸率等塑性指標(biāo)與層片間距的關(guān)系現(xiàn)存在兩種不同的觀點(diǎn)：（1）隨過(guò)冷度的增大及層片間距的減小塑韌性有所提高，但是達(dá)到一定數(shù)值后（如片層間距為0.1m時(shí)），卻趨向降低；（2）珠光體的片層間距越小，越容易滑移，且滲碳體層越薄，則滲碳體層越容易隨著鐵素體層一同變形，因此塑韌性越好。在鋼簾線實(shí)際生產(chǎn)中，一般認(rèn)為索氏體的綜合機(jī)械性能要優(yōu)于珠光體和屈氏體。這也就是實(shí)際生產(chǎn)中熱處理時(shí)選擇獲得索氏體的原因。,三、鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,（2）貝氏體型(B)轉(zhuǎn)變(550230)：B下：350230;4555HRC；韌性好，綜合性能好。鐵素體呈針葉狀，細(xì)小碳化物呈點(diǎn)狀分布在鐵素體中，在光學(xué)顯微鏡下呈黑色針葉狀特征。但由于下貝氏體中的鐵素體溶有過(guò)飽和的碳，因此其塑韌性并不是各種組織中的最佳狀態(tài)。,三、鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,下貝氏體組織金相圖,三、鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,B上：350550;4045HRC；硬度高，強(qiáng)度低，塑性韌性差。鐵素體呈平行扁平狀，細(xì)小滲碳體條斷續(xù)分布在鐵素體之間，在光學(xué)顯微鏡下呈暗灰色羽毛狀特征。,三、鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,上貝氏體組織金相圖,三、鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,（3）馬氏體型(M)轉(zhuǎn)變(230-50):板條狀-低碳馬氏體(0.2%C);3050HRC;=917%。,三、鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,低碳板條狀馬氏體組織金相圖,三、鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,針、片狀-高碳馬氏體(1%C);66HRC左右;1%。,三、鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,高碳針片狀馬氏體組織金相圖,三、鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,馬氏體：由于碳在-Fe中的過(guò)飽和而產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，相變時(shí)在馬氏體內(nèi)部造成大量的位錯(cuò)或?qū)\晶等晶格缺陷而產(chǎn)生的相變強(qiáng)化，以及時(shí)效強(qiáng)化效應(yīng)等綜合作用的結(jié)果。另外，奧氏體晶粒越細(xì)小，馬氏體尺寸越小，其強(qiáng)度也越高。馬氏體的塑性和韌性主要取決于馬氏體的亞結(jié)構(gòu)。板條馬氏體的亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，具有高的強(qiáng)度和良好的韌性，特點(diǎn)是具有良好的綜合機(jī)械性能；片狀馬氏體的亞結(jié)構(gòu)為孿晶，具有高的強(qiáng)度和硬度，但塑韌性很差，特點(diǎn)是硬而脆。4、共析鋼過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變,共析碳鋼TTT曲線與CCT曲線的比較,在連續(xù)冷卻過(guò)程中TTT曲線的應(yīng)用,V1=5.5/s:爐冷;P,V2=20/s:空冷;S,V3=33/s:油冷;T+M+A殘,V4138/s:水冷;M+A殘,四、珠光體組織結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,材料的機(jī)械性能決定于化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，當(dāng)成分一定時(shí)，性能主要決定于組織。當(dāng)片間距過(guò)小時(shí)，鐵素體和滲碳體兩相的相界面就越多，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙越大，強(qiáng)度和硬度明顯增加，塑性變形抗力增大，不利于鋼絲的冷加工；當(dāng)片間距較大時(shí)，在塑性變形時(shí)由于滲碳體片較粗大，變形過(guò)程中產(chǎn)生較大應(yīng)力集中而易產(chǎn)生斷裂。而索氏體的片間距在珠光體和屈氏體之間，其滲碳體較薄，在塑性變形時(shí)可產(chǎn)生彈性變形，變形抗力沒(méi)有屈氏體大，具有良好的綜合機(jī)械性能。因此鋼絲的熱處理就是為獲得較細(xì)晶粒的索氏體組織，利用其較好的塑性來(lái)進(jìn)行深層次的加工。珠光體類的組織在拉拔過(guò)程中的變化如下圖所示：,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,上圖是5.5mm熱軋盤(pán)條的原始組織橫截面SEM照片?？梢钥闯鲞@是典型的共析鋼索氏體組織，珠光體團(tuán)尺寸約4-6m，呈等軸狀；珠光體片層平直，且各相鄰珠光團(tuán)片層排列無(wú)明顯的擇優(yōu)取向性，片層間距約0.2m，晶界上也無(wú)先共析鐵體析出，說(shuō)明熱軋盤(pán)條的軋制中控軋控冷索氏體化工藝控制比較合理。,圖770鋼的原始組織（橫截面）,四、珠光體組織結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,四、珠光體組織結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,圖8拉拔變形后鋼絲橫截面組織上圖為經(jīng)不同應(yīng)變量(=1.50、2.02、2.24)，拉拔變形后鋼絲橫截面組織變化的SEM照片。從圖可以看出隨著拉拔變形應(yīng)變量的不斷增大，鋼絲橫截面上珠光體片層間距逐漸減?。淮送?，部分形變前平直的珠光體片層，在拉絲變形的作用下逐漸變得彎曲。,四、珠光體組織結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,根據(jù)以下幾幅圖可以看出，珠光體組織在拉拔過(guò)程中的變形主要有三種類型：珠光體片層平行于絲軸方向，垂直于絲軸方向以及珠光體片層與絲軸方向成一定夾角（090）。具體形變過(guò)程如下圖所示：,圖9珠光體類片層的形態(tài)變化示意圖,四、珠光體組織結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,當(dāng)珠光體片層與鋼絲軸方向有一定角度的時(shí)，拉絲變形過(guò)程中，在平行于鋼絲軸方向的拉應(yīng)力和垂直于鋼絲軸方向的壓應(yīng)力共同作用下，其珠光體組織變形包括片層間距減小和片層排列方向逐漸轉(zhuǎn)到鋼絲軸方向兩個(gè)方面。拉絲變形應(yīng)變量足夠大后，其珠光體片層排列方向調(diào)整至基本平行于鋼絲軸向。當(dāng)珠光體片層平行于絲軸方向，拉應(yīng)力和壓應(yīng)力都將減小其珠光體的片層間距，變形過(guò)程中片層間距減小速度為三種類型中最快，且珠光體片層方向一直與絲軸方向保持平行，從而能夠滿足很大的應(yīng)變狀態(tài)下，珠光體片層也不斷裂。當(dāng)珠光體片層垂直于絲軸方向，變形過(guò)程中沿著絲軸方向的拉應(yīng)力將導(dǎo)致珠光體片層間距增大，而垂直于絲軸方向的壓應(yīng)力作用于珠光體片層兩端，由于珠光體片層寬度較大，整體轉(zhuǎn)動(dòng)較為困難，所以珠光體片層逐漸彎曲，直至斷裂。珠光體類組織在變形過(guò)程中，應(yīng)變量越大，其片層間距越小，從而強(qiáng)度隨之升高。而從上面的分析可以看出，索氏體其綜合性能更適合于深層次的冷加工，值得注意的是當(dāng)組織中滲碳體片層排列方向與拉絲軸方向越接近越有利于拉絲形變的進(jìn)行，從而能夠得到更大變形量，在塑性變形過(guò)程中能表現(xiàn)極高的加工硬化率，獲得更高強(qiáng)度的鋼絲。因此合理的設(shè)計(jì)熱處理工藝和拉拔工藝成為鋼簾線生產(chǎn)中極其重要的環(huán)節(jié)。,四、珠光體組織結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,通過(guò)上面兩部分對(duì)微觀組織和組織性能的分析不難看出：（1）如何通過(guò)合理的熱處理工藝獲得具有一定晶粒度和片層間距的索氏體組織是鋼簾線生產(chǎn)工藝中極為重要的環(huán)節(jié)；（2）采用合理的拉拔工藝，使得組織中滲碳體片層排列與拉絲軸方向越接近，從而越有利于拉絲形變的進(jìn)行，在確保較高強(qiáng)度的同時(shí)，具有良好的韌性。,第三、第四部份內(nèi)容小結(jié),JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,五、現(xiàn)有熱處理設(shè)備及條件對(duì)鋼絲組織、性能的影響,公司目前主要有以下熱處理設(shè)備：馬弗爐+鉛淬火、明火爐+鉛淬火、明火爐+水淬火、明火爐+流化床。馬弗爐、明火爐用于鋼絲的奧氏體化過(guò)程，即把鋼絲快速加熱到Ac1以上溫度時(shí)，珠光體開(kāi)始向奧氏體轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變過(guò)程分為四部分：奧氏體形核、奧氏體長(zhǎng)大、剩余滲碳體溶解和奧氏體成分均勻化。在鋼簾線生產(chǎn)過(guò)程中，將鋼絲加熱使之奧氏體化，并不是熱處理的目的，它僅是為隨后的冷卻轉(zhuǎn)變做準(zhǔn)備，冷卻過(guò)程是熱處理的關(guān)鍵工序，它決定鋼絲熱處理后的組織和性能。公司采用兩種冷卻方式：等溫淬火、連續(xù)冷卻，如下圖所示：,等溫淬火,連續(xù)冷卻,JIANGSUXINGDASTEELTYRECORDCO.,LTD.,五、現(xiàn)有熱處理設(shè)備及條件對(duì)鋼絲組織、性能的影響,等溫冷卻即將奧氏體化的鋼由高溫迅速冷卻到臨界溫度下某一溫度保溫，以進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變，隨后再到室溫，鉛淬火屬于該冷卻方式；連續(xù)冷卻是把奧氏體化的鋼從高溫連續(xù)冷卻到室溫，流化床、水淬火則屬于該冷卻方式。馬弗爐、明火爐均要保證奧氏體化的充分性，而淬火過(guò)程要確保奧氏體