Faktorer som påverkar hårdheten hos ren koppar

Kornstorlek är en av de mest grundläggande faktorerna som påverkar hårdheten hos ren koppar. Enligt Hall-Petch-förhållandet ökar hårdheten och styrkan hos metallmaterial i takt med att kornstorleken minskar. I ren koppar betyder fina korn fler korngränser. Korngränser kan hindra rörelsen av dislokationer under deformation; ju större motstånd desto högre hårdhet.

När ren koppar är i gjutet tillstånd är dess korn vanligtvis grova, vilket resulterar i låg hårdhet. Genom processer som smide, extrudering eller lämplig värmebehandling kan kornen förädlas. Den raffinerade kornstrukturen förbättrar inte bara hårdheten utan hjälper också till att bibehålla god seghet. Däremot, om ren koppar hålls vid en hög temperatur under lång tid, kommer korntillväxt att ske, antalet korngränser kommer att minska, hindret för dislokationer försvagas och hårdheten kommer att minska avsevärt. Därför är kontroll av kornstorlek ett viktigt sätt att justera hårdheten hos ren koppar i industriell produktion.

Plastisk deformation är den mest direkta och vanligaste metoden för att förbättra hårdheten hos ren koppar. Ren koppar har extremt hög plasticitet och betydande arbetshärdning kommer att inträffa efter kallbearbetning som kallvalsning, kalldragning, stansning och bockning.

Under den plastiska deformationsprocessen genereras ett stort antal dislokationer inuti kopparmatrisen. Dessa dislokationer intrasslar, skär och stiftar varandra, vilket gör det svårare för dislokationer att röra sig, vilket avsevärt förbättrar hårdheten och styrkan. Ju större mängd deformation, desto tydligare blir arbetshärdningseffekten och desto högre hårdhet. Till exempel har helt mjuk ren koppar mycket låg hårdhet och är lätt att böja, medan efter stor deformation kalldragning kan dess hårdhet fördubblas eller mer. Men överdriven kall deformation kommer att leda till en kraftig minskning av plasticitet och seghet, vilket gör materialet benäget att spricka. I den faktiska produktionen kontrolleras därför graden av kallbearbetning strikt enligt kraven på hårdhet och formbarhet.

Temperaturen har en viktig inverkan på hårdheten hos ren koppar, vilket återspeglas i både hög-temperaturservice och värmebehandlingsprocesser. Vid höga temperaturer intensifieras atomernas termiska rörelse, förmågan för dislokationer att övervinna hinder förbättras och hårdheten minskar i enlighet därmed. Det är därför ren koppar är lättare att deformera vid höga temperaturer.

När det gäller värmebehandling kan glödgningsbehandling eliminera arbetshärdning och minska hårdheten. Efter kallbearbetning upphettas ren koppar till omkristallisationstemperaturen och hålls under en viss tid och kyls sedan. Omkristallisering sker inuti materialet, de förvrängda kornen ersätts av nya enhetliga och fina korn, dislokationer reduceras kraftigt, den arbetshärdande effekten elimineras och hårdheten återgår till en låg nivå. Glödgningstemperaturen och hålltiden påverkar direkt omkristallisationsgraden och kornstorleken och styr därigenom den slutliga hårdheten. Om temperaturen är för låg eller tiden är för kort kan arbetshärdningen inte helt elimineras; om temperaturen är för hög eller tiden är för lång, orsakas kornförgrovning, och hårdheten kommer att minska ytterligare men prestandan blir instabil.

Strängt taget innehåller industriell ren koppar en liten mängd oundvikliga föroreningar, såsom järn, bly, zink, fosfor, syre etc. Dessa spårföroreningar kommer också att påverka hårdheten hos ren koppar.

De flesta föroreningar i fast lösning kommer att orsaka gitterförvrängning, hindra dislokationsrörelse och något öka hårdheten hos ren koppar. För hög föroreningshalt kommer dock att bilda spröda andra faser eller inneslutningar, vilket inte bara påverkar konduktiviteten utan också leder till ojämn hårdhet och minskad plasticitet. Speciellt för koppar med hög-renhet som används i det elektriska fältet är föroreningsinnehållet strikt begränsat. Jämfört med andra faktorer är effekten av allmänna spårföroreningar på hårdheten relativt svag, men vid framställning av hög-precision och hög-prestanda rena kopparprodukter är kontrollen av föroreningstyper och innehåll fortfarande en oumbärlig länk.

Sammanfattningsvis är hårdheten hos ren koppar ett omfattande resultat av inre mikrostruktur och externa bearbetningsförhållanden. Kornstorleksförfining och kall plastisk deformation kan effektivt förbättra hårdheten; temperaturhöjning och glödgningsbehandling kommer att minska hårdheten; och spårföroreningar har en liten justeringseffekt. I industriella tillämpningar, genom att rimligt kontrollera gjutning, kallbearbetning, värmebehandlingsprocesser och råmaterialrenhet, kan hårdheten hos ren koppar justeras exakt för att möta prestandakraven för olika arbetsförhållanden. Denna kontrollerbarhet gör ren koppar till ett oersättligt grundmaterial inom många industriområden.