盧文東

摘 要：目前建筑用鋼筋大部分會采用冷拔工藝處理，以增加鋼筋的彈性極限，極限強度和屈服強度，而且經(jīng)過多次冷拉和熱處理之后會從普通有明顯屈服點鋼材變?yōu)闊o明顯屈服點鋼材。本文旨在研究單次冷拔中所施加的強度與鋼筋機械性能的關系，通過分析實驗數(shù)據(jù)可知其隨著施加的強度的上升，鋼筋的抗拉強度出現(xiàn)上升而后下降的趨勢。此結論可為隨后的冷拔鋼筋生產(chǎn)提供相應的借鑒。

關鍵詞：冷拔工藝；鋼筋；抗拉強度

中圖分類號：TV331 文獻標識碼：A

目前低碳鋼鋼筋多用于建筑行業(yè)，如何保證其質(zhì)量不變的情況下對其進行強化有很大的經(jīng)濟意義。鋼筋中的強化是多是以特定的處理方式增加相應的抗塑性變形及抗斷裂的能力，與之對應的評價指標較多，在室溫準靜態(tài)拉伸試驗中評價指標多為屈服強度、流變強度、抗拉強度、斷裂強度等；在室溫準靜態(tài)壓縮試驗中評價指標多為中的抗壓強度；彎曲試驗中可取抗彎強度為指標，疲勞試驗中可取疲勞強度為指標，高溫條件靜態(tài)拉伸中可取持久強度為指標?？估瓘姸扰c抗壓強度在工程中使用最為廣泛，也是最具代表性的力學性能指標。

鋼筋的強化的方式視材料的不同而不同，強度在不同工況下的表示千差萬別。在某些強度指標上其中一種手段對提高某一強度指標是非常有效的，但其對其他指標未必會有良好的效果。最重要的是材料本身的成分、表面狀態(tài)和組織結構都是影響效果評價提升的重要因素；受力狀態(tài)、應力加載速度、應力加載方式、反復受力或是簡單拉伸，都會表現(xiàn)出不同的強度提升效果；此外，相應的決定性因素還包括試驗介質(zhì)，幾何尺寸及應力分布狀況，如超高強度鋼的氫脆現(xiàn)象，在氫氣氛中的拉伸強度可能成倍地下降。對于建筑施工中常用的鋼筋，這些因素都會有極大的影響。

目前在工業(yè)及民居建筑中越來越多地使用鋼筋混凝土結構，鋼筋一般是指鋼筋混凝土用和預應力鋼筋混凝土用鋼材，其橫截面為圓形，有時為帶有圓角的方形。包括光圓鋼筋、帶肋鋼筋、扭轉鋼筋。鋼筋混凝土用鋼筋是指鋼筋混凝土配筋用的直條或盤條狀鋼材，其外形分為光圓鋼筋和變形鋼筋兩種，交貨狀態(tài)為直條和盤圓兩種。本文試驗對象為直徑為8mm的HPB500鋼筋，所用的模具為鎢合金拔絲?？?，使鋼筋產(chǎn)生塑性變形后評價其抗拉強度。以抗拉強度指標評價其力學性能。

1.試驗過程

1.1 本實驗選用的鋼筋樣品為8mm的HPB500鋼筋，最終處理狀態(tài)為熱軋狀態(tài)。將其截至等截面積等長的試驗樣品。

1.2 準備冷拔模具，冷拔模具結構如圖1所示，將鋼筋置于其中一端受力至其變形，其初始直徑為φ8mm，經(jīng)拉拔處理后直徑為φ6mm。其變形量為25%，因試樣的鋼種為低碳鋼，其延伸率完全滿足實驗條件。

1.3 HPB500鋼筋標號含義為其抗拉強度≥500MPa，為了準確比較，所需的抗拉強度還需精確測量。本實驗將選擇20kN、25kN、30kN、35kN、40kN的力進行拉拔試驗并進行編號，后比較抗拉強度的變化，編號見表1，其中0#為未經(jīng)拉拔處理的原始樣品。

1.4 以抗拉強度σb為基本指標，以上述樣品的σb的大小變化評價力學性能的變化趨勢，并加以分析。

2.試驗結果及分析（表2）

試驗結果表明：

（1）通過0#樣品與其他樣品的區(qū)別可以看出，冷拔工藝的確可以提升材料的抗拉強度。

（2）由1#至4#樣品實驗數(shù)據(jù)可以看出，在35kN以下隨著拉拔工藝拉拔力的作用力不斷增加，其抗拉強度提升較為明顯。

（3）由5#樣品實驗數(shù)據(jù)表明，隨著作用力進一步加大，其提升作用呈現(xiàn)增加后下降的趨勢，證明拉拔提升抗拉強度并非無限制增加。具體的趨勢圖參照圖2。

原因分析：一般對于正常塑性材料情況的拉伸強度試驗包含如圖3所示：其中a'點是比例極限點，oa'段是直線（a點是彈性極限點）；a'a是曲線但是仍然是彈性段；b點是上屈服點；c點是下屈服點；bcd段是屈服平臺，一般以下屈服點作為屈服強度fy；de段是強化段；e點是極限強度fu，抗拉強度就是這個點，ef段是斷裂階段。

經(jīng)冷拔工藝后，其形變量與抗拉強度的關系呈現(xiàn)圖4中所示的關系，其屈服平臺并未顯現(xiàn)出來，若取卸載后殘余應變?yōu)?.2%對應點的強度作為屈服強度fy，其相應的抗拉強度σb可用fu來表示。金屬材料的強化途徑思路如下，第一類思路為合金的原子間結合力繼而提高其理論強度，所得到的為完美無瑕的晶體，目前所制得的產(chǎn)品為晶須。已知鐵元素的晶須為例其強度接近理論值，其原理可認為無完美晶體無位錯，并在形變的過程中位錯并不能增殖，如果發(fā)生增殖必然會導致強度大幅下降。另一種思路假設位錯在原材料中已經(jīng)存在，切變的運動既是位錯的運動且滑移的運動也是通過位錯的運動來表征，并以列的原子為單位進行大規(guī)模遷徙與滑移。而對于接近完美的類完整晶體，切變時滑移面上的所有原子將同時滑移，這時需克服的滑移面上下原子之間的鍵合力無疑要大得多。金屬的理論強度與實際強度之間的巨大差別，為金屬的強化提供了可能性和必要性?？梢哉J為實測的純金屬單晶體在退火狀態(tài)下的臨界分切應力表示了金屬的基礎強度，是材料強度的下限值；而估算的金屬的理論強度是經(jīng)過強化之后所能期望達到的強度的上限。本文中強化機理與之前的兩種強化機理相比較，其表征更滿足第二種關系。因此推測其為位錯增值強化機理強化。

試驗結論

（1）低碳鋼鋼筋的冷拔工藝可以顯著增加鋼筋的抗拉強度，本次試驗中未進行冷拔工藝與進行了冷拔工藝的試樣進行對比，其強度增加了約30%～50%。

（2）低碳鋼鋼筋的冷拔受力的大小增加鋼筋的抗拉強度關系并非線性關系，其有上限值。在超越其上限值之后隨著冷拔受力的增加鋼筋的抗拉強度有下降趨勢。

（3）較之于兩種材料強化原理，冷拔鋼筋受力增加抗拉強度的表現(xiàn)更偏重于位錯增值強化機理強化方式。

參考文獻

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