冷拔珠光体钢丝铁素体取向和渗碳体变形与强化的定量研究

The basic material science questions of heavy cold-drawing steel wire, such as the ferrite micro-texture distribution, the deformation mechanism of cemenite, the misorientation of the ferrite and its contribution to the strength, urgently need to solve. In this project, the prior pearlite microstructures regulation and control have been studied. And the quantitative analysis on microstrubture evolution during cold drawing and strengthening mechanism have been studied. The microstructure evolution include the ferrite orientation, the ferrite misoritation and lamellar spacing and the cementite deformation and dissolution. Inter-relationships among microstructure of raw materials pearlite steels, defomation parameters, and microstructre evolution during heavy cold drawing and mechanical properties of the cold-drawing wires will be investigated. The evolution of microstructure of the wires is to be also studied in detail. Critrions for basic study program or process program on microstructure evolution are to be suggested, which is a new way for optimum materials and process design. Those results are important to design and develop the high-performance wires and the further study.

珠光体钢丝在大应变冷拔过程中铁素体微观织构、渗碳体变形机制、相邻铁素体片条间取向差及其对力学性能贡献定量研究等基本科学问题仍未解决。本项目拟针对大应变冷拔钢丝常用的珠光体钢，开展珠光体钢微观组织调控及加工硬化、随应变增加冷拔过程显微组织演变规律及强化机制的系统定量研究，其中冷拔过程显微组织演变包括铁素体微区晶体取向、界面取向差和片层间距、渗碳体变形及溶解等，旨在建立珠光体钢相变参数与微观组织、珠光体钢微观组织与加工硬化、冷拔过程中钢丝微观组织演变规律及力学性能之间关系的基础数据，了解伴随不同应变量珠光体钢发生的微观组织演变机制变化的全貌，建立设计和优选相关微观组织演变基础性研究方案及工艺参数的合理判据。项目对于设计、指导高性能钢丝的开发及深层次研究具有重要意义。

以不同冷拔应变量珠光体钢丝为研究对象，采用SEM、TEM、EBSD、AFM、3DAP、EIS和In-situ tensile等研究手段，研究了共析珠光体钢在冷拔过程中的微观组织及织构演变规律，局部晶体取向的分析表明，ε=0.8时，试样中心的<110>织构含量的增幅显著；ε=1.6时，中间和表面区域<110>织构的含量增幅显著。随着应变增加，ε=0.8时，渗碳体在单位片层结构的体积分数略有增加，ε=1.6时，体积分数显著降低，渗碳体体积分数的变化会影响组织的耐蚀性能。并且，三维原子探针表明ε=1.6时，渗碳体发生了溶解，碳原子倾向于溶入组织的缺陷处，提高缺陷的稳定性，降低了点蚀敏感性。点蚀在演变组织中的分布情况表明，晶界、珠光体团界面和相界面对点蚀的敏感性较高，因此界面在冷拔变形中的增殖行为就会导致耐蚀性能会随着变形程度的增加而逐渐下降。铁素体<110>织构形成导致晶体取向差分布变化，使纵截面组织的耐蚀性能随着应变量的增加先降低后提升；而横截面组织的耐蚀性能却随着应变量的不断增加而持续下降。此外，冷拔钢丝的原位拉伸结果表明，裂纹扩展的主要形式有剪切开裂，珠光团团界面开裂，和相界面开裂。裂纹扩展路径统计结果表明，ε=0.8时，裂纹扩展路径发生偏折，ε=1.6时，偏折程度降低。晶体取向分布情况的变化引起了滑移面迹线与拉伸轴夹角的变化，造成了裂纹扩展路径的偏折。上述研究结果对于设计、指导高性能钢丝的开发及深层次研究具有重要意义。在该项目资助下发表学术论文17篇，SCI/EI收录14篇；申请国家专利8项，授权5项；培养硕士研究生5名；项目负责人获贵州省科技进步二等奖，贵州省百层次创新型人才，第十六届“贵州省五四青年奖章”，材料热处理学报年度优秀论文。