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| 電脈沖處理對冷拔銅絲組織與性能的研究分析 | | 發(fā)布者：admin 點擊：4830 | 電脈沖在材料的加工中越來越受到人們的重視，這是由于電脈沖處理過的材料的性能較常規(guī)處理的材料性能有很大提高。雖然其影響機理不是特別清楚，但這并沒有影響到高能電脈沖在材料加工中的應(yīng)用，如電致塑性的應(yīng)用，實現(xiàn)納米再結(jié)晶，對鋼的缺陷的修復(fù)，以及在生物、環(huán)保、醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。
工業(yè)生產(chǎn)中，純銅進行再結(jié)晶退火的目的是改變晶粒度、消除內(nèi)應(yīng)力、使金屬軟化。銅絲直徑小于1.0mm退火溫度為470—520℃，保溫40—50min。
1.實驗材料及方法
試驗材料選用多組相同型號的冷拔純銅線(TU1，純度為99.99%，變形率達到90%)作為研究對象，線徑為0.9mm。銅絲在兩個電極間連續(xù)運動速度為4m/min，過程中施加頻率為300Hz、脈沖的寬度為60us的電脈沖，處理長度為23cm，所加的脈沖的峰值電流的密度可以通過電參數(shù)的調(diào)整來改變。處理過程中，只對后半段材料進行冷卻。
試驗分兩組進行，一組銅絲經(jīng)脈沖處理，在脈沖處理過程中，采用紅外測溫儀測量材料暴露在室溫空氣中部分的溫度。第二組銅絲在管式爐中進行常規(guī)退火。用光學顯微鏡觀察銅絲微觀組織，對材料的溫度分布進行模擬。在CMT5105拉伸機上進行力學性能試驗。
2.溫度的模擬以及力學實驗結(jié)果
在處理過程中材料的溫度只有250℃，并且材料處于再結(jié)晶溫度200℃以上的時間大約只有1s，全過程耗時3.45s。和常規(guī)熱處理相比較(600℃，60s)電脈沖處理所需溫度和時間分別為常規(guī)處理所需溫度和時間的42%和5.8%。由此可知，電脈沖除其熱效應(yīng)影響材料的退火再結(jié)晶，更多的是基于一種非熱效應(yīng)的作用。
根據(jù)實驗分析可知銅絲處在200℃以下時不會發(fā)生再結(jié)晶，再結(jié)晶發(fā)生時間都是集中在某個溫度區(qū)間。為了驗證這個的推論，把材料完全浸泡在常溫水中，通過相同參數(shù)的脈沖電流大約60s，并未發(fā)現(xiàn)材料再結(jié)晶。材料在電脈沖條件下的實現(xiàn)快速再結(jié)晶的溫度是有一個臨界溫度。
材料經(jīng)電脈沖處理能發(fā)生再結(jié)晶的條件是材料自身溫度達到一個臨界值(此溫度遠低于熱力學平衡條件下再結(jié)晶溫度)。在溫度低于臨界值的情況下，單獨的脈沖效應(yīng)不能引起材料的再結(jié)晶。當溫度達到或者高于臨界值時，在電脈沖下材料能夠快速形核、再結(jié)晶。
3.總結(jié)
(1)電脈沖處理冷拔銅絲與常規(guī)管式爐退火相比較：完全再結(jié)晶所需時間縮短90%以上；開始再結(jié)晶溫度降低約50%。脈沖起作用需要在一定的溫度基礎(chǔ)之上，只有當溫度達到或者高于某一個臨屆溫度(約200℃)時，電脈沖才能促進材料形核及晶粒長大；
(2)采用常規(guī)管式爐退火，得到處理后銅絲的抗拉強度為220MPa，伸長率為29%；經(jīng)電脈沖處理后，銅絲的抗拉強度、伸長率較常規(guī)退火分別提高8%和20.3%。對于加工硬化銅絲，采用電脈沖處理比用常規(guī)退火工藝處理可以得到更好的強度和塑性的配合；
(3)電脈沖處理實現(xiàn)冷拔銅絲再結(jié)晶是由熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)共同引起的。非熱效應(yīng)宏觀表現(xiàn)為再結(jié)晶時間縮短，再結(jié)晶所需溫度降低；微觀表現(xiàn)為脈沖電流增大原子擴散速率，促進了大角晶界生成，利于生核。在晶粒長大階段，脈沖電流降低了位錯密度，使得晶粒長大的動力不足，抑制了晶粒生長，得到更加細小的晶粒結(jié)構(gòu)。(圖/文www.n9955.com) | 上一頁：分析用冷拔-液固相擴散復(fù)合法制造碳鋼/不銹鋼復(fù)合管
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