电脉冲处理对冷拔铜丝组织与性能的研究分析

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电脉冲在材料的加工中越来越受到人们的重视，这是由于电脉冲处理过的材料的性能较常规处理的材料性能有很大提高。虽然其影响机理不是特别清楚，但这并没有影响到高能电脉冲在材料加工中的应用，如电致塑性的应用，实现纳米再结晶，对钢的缺陷的修复，以及在生物、环保、医药领域的应用。 工业生产中，纯铜进行再结晶退火的目的是改变晶粒度、消除内应力、使金属软化。铜丝直径小于1.0mm退火温度为470—520℃，保温40—50min。 1.实验材料及方法 试验材料选用多组相同型号的冷拔纯铜线(TU1，纯度为99.99%，变形率达到90%)作为研究对象，线径为0.9mm。铜丝在两个电极间连续运动速度为4m/min，过程中施加频率为300Hz、脉冲的宽度为60us的电脉冲，处理长度为23cm，所加的脉冲的峰值电流的密度可以通过电参数的调整来改变。处理过程中，只对后半段材料进行冷却。 试验分两组进行，一组铜丝经脉冲处理，在脉冲处理过程中，采用红外测温仪测量材料暴露在室温空气中部分的温度。第二组铜丝在管式炉中进行常规退火。用光学显微镜观察铜丝微观组织，对材料的温度分布进行模拟。在CMT5105拉伸机上进行力学性能试验。 2.温度的模拟以及力学实验结果 在处理过程中材料的温度只有250℃，并且材料处于再结晶温度200℃以上的时间大约只有1s，全过程耗时3.45s。和常规热处理相比较(600℃，60s)电脉冲处理所需温度和时间分别为常规处理所需温度和时间的42%和5.8%。由此可知，电脉冲除其热效应影响材料的退火再结晶，更多的是基于一种非热效应的作用。 根据实验分析可知铜丝处在200℃以下时不会发生再结晶，再结晶发生时间都是集中在某个温度区间。为了验证这个的推论，把材料完全浸泡在常温水中，通过相同参数的脉冲电流大约60s，并未发现材料再结晶。材料在电脉冲条件下的实现快速再结晶的温度是有一个临界温度。 材料经电脉冲处理能发生再结晶的条件是材料自身温度达到一个临界值(此温度远低于热力学平衡条件下再结晶温度)。在温度低于临界值的情况下，单独的脉冲效应不能引起材料的再结晶。当温度达到或者高于临界值时，在电脉冲下材料能够快速形核、再结晶。 3.总结 (1)电脉冲处理冷拔铜丝与常规管式炉退火相比较：完全再结晶所需时间缩短90%以上；开始再结晶温度降低约50%。脉冲起作用需要在一定的温度基础之上，只有当温度达到或者高于某一个临届温度(约200℃)时，电脉冲才能促进材料形核及晶粒长大； (2)采用常规管式炉退火，得到处理后铜丝的抗拉强度为220MPa，伸长率为29%；经电脉冲处理后，铜丝的抗拉强度、伸长率较常规退火分别提高8%和20.3%。对于加工硬化铜丝，采用电脉冲处理比用常规退火工艺处理可以得到更好的强度和塑性的配合； (3)电脉冲处理实现冷拔铜丝再结晶是由热效应和非热效应共同引起的。非热效应宏观表现为再结晶时间缩短，再结晶所需温度降低；微观表现为脉冲电流增大原子扩散速率，促进了大角晶界生成，利于生核。在晶粒长大阶段，脉冲电流降低了位错密度，使得晶粒长大的动力不足，抑制了晶粒生长，得到更加细小的晶粒结构。(图/文www.wxlgjx.cn)

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