冷轧和回火对于金属材料的影响

2023-08-03 15:06:54 来源:深圳市连接器行业协会 李亦平编译 点击:2844

金属

如何增加金属的应变硬化和强度是一个很重要的问题,应变硬化是提高合金强度的一种常用方法。利用变形来增加金属的强度这个过程,也被称为冷加工和硬化加工。通过使材料在超过屈服点的水平上施加应力,材料会变得更硬、更坚固,使未来的变形更加困难。

术语“回火”描述的是对材料进行一定的处理,包括冷加工和热处理。根据合金所经过的加工,合金被描述为半硬、全硬、弹性回火等。特定合金的高强度回火比低强度回火可成行性要低,因为它们的一些应变硬化能力已经在冷轧过程中处理过了。

这就是为什么带材的成形性随着回火的增加而降低。像铜铍或镍铍这样的沉淀硬化合金往往比完全通过冷加工增强的合金具有更好的强度和成形比,因为热处理的合金不需要那么多的冷加工就能达到给定的强度水平。当一种材料永久变形时,晶格需要移动直到被某种因素固定,比如晶界或合金元素。然而,最有效的位错抑制剂之一是另一种位错。当位错在不同的平面上运行并相交时,它们不能相互通过。位错相互堆积,可能交织在一起。这种位错纠缠阻止了该特定颗粒的任何进一步的永久变形,而无需使用更大的能量。这增加了材料在任何后续载荷下的强度。

图1(下图)显示了在应变硬化过程中理论上发生的情况。在材料中加入一定量的应变(灰色线),卸下载荷后,材料沿着垂直于弹性加载线(紫色正方形)的路径返回到零应力状态。当材料被重新加载时,它遵循相同的路径上升到原始的应力-应变曲线(蓝线)。但是,材料的弹性极限已经增加了一定的量。新的屈服强度(绿色虚线)现在大大高于旧的屈服强度(红色虚线)。此外,总的延伸率现在已经减少了。因此,强度的增加将降低延展性和可成形性。

带应变硬化的应力-应变曲线

图1: 带应变硬化的应力-应变曲线

图2(下)显示了用于带材冷轧过程增加回火的状况。带材在两个施加大压力的辊之间通过。该带材通过间隙被压缩,并变得更长、更薄。金属中的颗粒也会变得拉长。这种永久性的变形会导致位错堆积起来,从而增加了材料的强度。此外,较大的晶界面积可作为后续位错的抑制因素。

铜合金冷轧

图2 : 铜合金冷轧

冷轧程度决定了金属的强度。随着冷轧程度的增加,强度也在增加。相反,总延伸率随着冷轧的增加而减小。图3显示了黄铜的强度、延伸率和冷工件之间的关系。如果冷工的百分比增加超过某个点,强度就会递减。因为在更高的冷轧条件下,自由位错更少从而阻碍晶格移动。此外,延伸率迅速降低。由于材料的塑性变形能力较差,断裂的可能性更大。

冷轧对强度和延展性的影响

图3:冷轧对强度和延展性的影响

在高水平的冷轧工作中,材料变得非常难以进一步加工或成形。如果它必须成形,或进一步减少厚度,那么就需要退火。这是一种高温浸泡法,它会导致颗粒再结晶。先前冷轧工作的所有影响都消失了。这将材料的强度和延伸率恢复到起始(无冷加工)值。然后,材料就可以为任何必要的冷轧做好准备。退火必须在足够高的温度和足够长的时间下进行,需要破坏旧的晶粒。为了方式新的晶粒长得太大,时间必须足够短,温度也必须足够低。

冷轧加工

冷轧加工是提高金属强度最重要的手段之一。然而,必须在赋予金属的强度和失去的延展性之间取得平衡。较硬的回火具有高强度和低延展性(不良的成形性),而较软的回火具有低强度和高延性(非常好的成形性)。在为连接器或触点选择材料时,最好满足设计可成形性要求的最高强度的材料。

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