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简述珠光体桥梁缆索用冷拔珠光体钢丝微观组织表征与力学性能大纲

收藏本文 2024-03-01 点赞:7253 浏览:18409 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:本论文综合采取多种实验手段系统表征了国内外桥梁缆索用SWRH82B典型珠光体盘条的组织特点,明确了国产盘条的不足之处;系统探讨了珠光体钢在冷拔历程中的微观组织及织构演化规律,阐明了各微观组织参数对钢丝力学性能的影响,浅析讨论了冷拔珠光体钢丝强化机制;优化了现有钢丝扭转测试策略,用新策略探讨了扭转变形对成品热镀锌钢丝微观组织及力学性能的影响,揭示了扭转变形造成钢丝强度下降的机理。论文主要结论如下:(1)提出了对未变形珠光体盘条和变形珠光体钢丝微观组织的背散射电子成像(BSEI)表征策略。由于只抛光不腐蚀,以而避开了金相腐蚀带来的诸多不足。BSEI结合EBSD技术可获得同一微区的珠光体形貌信息(包括珠光体片层间距和珠光体团尺寸等)和铁素体晶体取向信息(珠光体簇/晶粒尺寸和晶体学织构等)。(2)定量探讨了国产Stelmor风冷盘条(DP)和日本盐浴淬火盘条(DLP)微观组织及力学性能差别。指出DP盘条微合金化程度高,珠光体片层间距细小导致其显微硬度高;硫化物夹杂分布较多、边部发生部分脱碳导致其实际强度较低。DP盘条微观结构呈现簇状珠光体特点,一个珠光体簇/晶粒内有多个珠光体,珠光体团尺寸小,珠光体片层薄、短而且较为弯曲,导致其塑性较差。EBSD结果显示DP盘条铁素体基体内小角度界面(LABs)含量较高,LABs形成的主要理由是索氏体化处理时相变应力和热应力共同作用的结果。相变应力为固有应力,不可避开,而热应力的产生与索氏体化淬火介质有关,淬火介质热容量越高,热稳定性越好,相变时热应力越小,LABs数量相应就越小。由于盐浴的热稳定性比风冷更好,热应力小,所以DLP盘条铁素体内LABs比DP盘条少。(3)定量表征了DP盘条在冷拔历程中的微观组织及织构演变。发现随冷拔应变量增高,渗碳体片层排列位相和铁素体片层晶体取向均出现择优排列,形成金相织构和晶体学织构。珠光体片层间距、铁素体片层厚度和渗碳体片层厚度同步细化减薄,并且在横截面和纵截面上细化速度保持一致。拉拔低应变量时,出现大量局部剪切带,在纵截面上剪切方向和拉拔方向呈0°至45°角。局部剪切发生是由于处于软取向的珠光体团在受到周围硬取向珠光体团约束时,团内铁素体和渗碳体片层共同滑移变形的结果。垂直于或者和拉拔方向呈大角度珠光体团通过发生局部剪切变形转向拉拔方向。冷拔变形后,钢丝横截面和纵截面显微硬度没有出现显著的各向异性,说明钢丝强度主要取决于珠光体片层间距大小,而渗碳体片层的择优取向以及110丝织构的形成对钢丝硬度和强度贡献较小。(4)系统阐述了冷拔中等应变量珠光体钢丝的强化机制。发现对于梁缆索用冷拔珠光体钢丝而言,强化机制可以用Embury和Fisher等人提出的界面强化模型进行解释。界面强化:钢丝屈服强度σ_(ys)和珠光体片层间距ILS满足Hall-Petch联系,即σ_(ys)和ILS~(-1/2)呈线性联系。通过拟合本论文数据和文献报道中的相关数据得出公式σ_(ys)=323.4+1563.9exp(ε/4),计算值与实测值较为符合。对于复合材料强化而言:需要同时考虑铁素体片层内部和渗碳体内部由于位错密度增值导致的加工硬化作用,然而由于渗碳体非常薄导致无法确定其内部位错组态和位错密度。仅考虑铁素体片层的加工硬化作用的复合材料强化模型,计算值与实测值相差较大。(5)设计了新的扭转变形测试策略并探讨了扭转变形对成品热镀锌钢丝组织及性能的影响。发现钢丝对扭转变形非常敏感,当发生扭转变形后,钢丝屈服强度显著下降。成品热镀锌钢丝铁素体内可动位错较少,扭转变形后,可动位错数量增加,滑移变形很容易进行,同时渗碳体片层发生滑移断裂,片层形貌被破坏,界面强化作用减弱,导致钢丝强度下降。由于扭转变形时表层承受的切应力远高于心部,位错增殖速度较快,加工硬化作用更强导致表层显微硬度高于心部。关键词:桥梁缆索论文SWRH82B论文钢丝论文珠光体论文BSEI论文冷拔变形论文扭转变形论文

    摘要3-5

    ABSTRACT5-11

    1 引言11-33

    1.1 选题背景和作用11-14

    1.1.1 大跨径桥梁介绍11-12

    1.1.2 桥梁缆索用钢丝12-13

    1.1.3 国内外进展近况13-14

    1.1.4 开发高强钢丝的作用14

    1.2 桥梁缆索用钢丝探讨近况及进展方向14-30

    1.2.1 钢丝生产工艺14-17

    1.2.2 珠光体组织参数特点17-20

    1.2.3 真实珠光体片层间距的测定20-22

    1.2.4 冷拔钢丝变形特点22-26

    1.2.5 冷拔钢丝强化机制26-30

    1.2.6 桥梁缆索用钢丝进展方向30

    1.3 本论文的主要探讨内容30-33

    2 实验材料与策略33-49

    2.1 实验材料33

    2.2 力学性能测试33-35

    2.2.1 拉伸实验33-34

    2.2.2 硬度测试34

    2.2.3 扭转测试34-35

    2.3 微观组织参数及织构测试35-38

    2.4 试样制备38-39

    2.5 珠光体微观组织的 BSEI 表征39-48

    2.5.1 BSEI 表征策略39-41

    2.5.2 BSEI 比较 SEI41-46

    2.5.3 现有表征策略比较46

    2.5.4 BSEI+EBSD 表征策略46-48

    2.6 本章小结48-49

    3 不同索氏体化工艺盘条组织及力学性能49-69

    3.1 实验材料49-50

    3.2 微观组织结构及缺陷50-58

    3.2.1 珠光体簇/晶粒50-52

    3.2.2 珠光体团和渗碳体片层形貌52-54

    3.2.3 组织缺陷54-58

    3.3 力学性能差别58-60

    3.4 珠光体盘条组织特点60-68

    3.4.1 BSEI+EBSD 探讨60-64

    3.4.2 残余应力浅析64-66

    3.4.3 铁素体内 LABs 原因66-68

    3.5 本章小结68-69

    4 中低应变量冷拔钢丝组织及织构演变69-93

    4.1 实验材料69-70

    4.2 珠光体组织演变规律70-81

    4.2.1 珠光体形貌的变化70-78

    4.2.2 珠光体片层间距的变化78-81

    4.3 铁素体晶体取向的演变规律81-85

    4.3.1 宏观织构81-82

    4.3.2 微观织构82-84

    4.3.3 XRD 和 EBSD 测定丝织构时的差别84-85

    4.4 珠光体片层转动的机理85-90

    4.5 本章小结90-93

    5 中低应变量冷拔钢丝力学性能及强化机制93-119

    5.1 位错密度的测定93-97

    5.1.1 XRD-WH 策略93-96

    5.1.2 位错密度的变化96-97

    5.2 位错组态演化97-103

    5.2.1 位错胞97-101

    5.2.2 位错胞形成机理101-103

    5.3 力学性能103-106

    5.3.1 拉伸性能103-104

    5.3.2 显微硬度104-106

    5.4 强化机制106-116

    5.4.1 应力状态107-108

    5.4.2 界面强化108-113

    5.4.3 位错强化113-114

    5.4.4 强化机制讨论114-116

    5.5 本章小结116-119

    6 扭转变形对钢丝组织及性能的影响119-135

    6.1 扭转实验介绍119

    6.2 实验材料和策略119-121

    6.3 力学性能121-122

    6.3.1 拉伸性能121-122

    6.3.2 显微硬度122

    6.4 微观组织及织构的演变122-130

    6.4.1 组织形貌122-127

    6.4.2 宏观织构127-128

    6.4.3 微观织构128-130

    6.5 扭转后强度损失机理130-131

    6.6 国内外成品钢丝扭转性能比较131-132

    6.7 本章小结132-135

    7 总结135-139

    7.1 主要结论135-136

    7.2 探讨工作的革新点136-137

    7.3 开发国产高强钢丝的倡议137-139

    致谢139-141

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