冷轧及退火工艺对纯铜力学性能的影响

1、冷轧及退火工艺对纯铜力学性能的影响李才巨,黄素贞,张代明,朱心昆,杨凤丽,唐海林,李钢(昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南昆明650093)摘要:采用四辊轧机对纯铜进行了多道次冷轧,冷轧后的铜带分别在180和200进行退火。分析研究了退火铜带的力学性能变化和变形条件对其塑性、变形抗力及显微硬度的影响,探讨了纯铜的应变硬化机理及退火工艺对冷轧纯铜力学性能的影响机制。结果表明,纯铜经冷轧后强度明显提高,最高值达43913MPa,硬度值在84179610HV0101之间;冷轧纯铜退火后的抗拉强度、显微硬度降低,伸长率明显提高,但在200退火时出现了低温退火硬化效应。关键词:纯铜;冷轧;退火;力学性

2、能中图分类号:TG16612文献标识码:A文章编号:025426051(2007)1020066203EffectsofColdRollingandAnnealingonMechanicalPropertiesPureCopperLICai2ju,HUANGSu2zhen,ZHANGDai2ming,ZHUXin2kun,22lin,LIGang(FacultyofMaterialsandMetallurgicalEngineering,Kunofogy,KunmingYunnan)Abstract:Thepurecopperwasmulti2passcoldrrollers.Andthen,

3、thecoldrolledcoppersheetswereannealedat180andresofmechanicalpropertychangesanddeformationcon2ditionsofannealedontheresistanceofdeformationandmicrohardnesswereanalyzed.Themechanismoftheofannealingonthemechanicalpropertiesofcold2rolledpurecopperwerediscussed.Thethestrengthofpurecopperaftercold2rolledi

4、simprovedobviouslywithapeakvalueof43913MPa,andmicrohardnessfallsbetween8417to96HV0101.Afterannealing,thetensilestrengthandmicro2hardnessofthecoldrolledpurecopperdecrease,buttheelongationincreasesobviously.However,thepurecopperap2pearslowtemperaturehardeningeffectwhenitisannealedat200.Keywords:pureco

5、pper;coldrolling;annealing;mechanicalproperties铜具有优良的塑性加工性能,但其强度低、表面软124而易刮伤,变形后有明显的方向性。冷变形可使金5属的强度提高,塑性降低。冷轧纯铜产品的尺寸精度高,表面品质好,有均匀的组织和性能,可通过变形程度和热处理工艺控制来获得各种性能。冷轧后82纯铜的位错密度可由退火态的10/cm增到122610/cm,产生强烈的加工硬化效应,但塑性剧烈下7降。虽然冷轧是纯铜的一种常见加工手段,但是如何获得最佳强度与塑性的配合有待进一步研究。本文对纯铜进行了多道次的冷轧和退火处理,研究了不同工艺对铜带的力学性能以及变形条件对其塑

6、性和变形抗力的影响,以获得强度与塑性的最佳配合。62701005Fe、01005Pb、01005S、01003P、01003O。采用<400mm×175mm四辊冷带轧机对无氧铜薄材进行多道次冷轧,测量样品冷轧前后不同道次的厚度,并计算样品的压下量。选取冷轧后的样品在管式电阻炉中进行180和200保温3min的退火处理,为防止样品氧化,管式电阻炉在退火过程中始终充入氩气。采用万能拉伸机测试样品在室温条件下的抗拉强度、屈服强度及伸长率,试样标距为50mm,标距部分宽度为1215mm,拉伸速率为110mm/min。采用HX21型显微硬度计测试试样的显微硬度,载荷砝码为10g,加载持续

7、时间12s,每个试样测量10个硬度值,然后求其平均值。1试验材料与方法试验材料采用云南铜业股份有限公司生产的无氧铜薄材,厚度为1mm,其主要化学成分(质量分数,%)为99197Cu,杂质为01002Bi、01002Sb、2试验结果与分析211冷变形对力学性能的影响图1为冷轧后纯铜样品的力学性能与冷轧压下量的关系曲线。由图1可见,经过冷轧塑性变形后,纯铜抗拉强度和显微硬度随冷轧压下量的变化趋势一致,作者简介:李才巨(1977.07),男,湖南汨罗人,硕士,副教授,即抗拉强度和显微硬度先随压下量的增加而降低,随主要从事金属纳米材料制备工艺及理论研究,发表论文10余后随压下量的增加而升高,在压下量为

8、9416%时抗拉篇。联系电话:087125198154E2mail:licaiju强度和显微硬度值最低。试样经冷轧后出现了不同程收稿日期:2007204224金属热处理2007年第32卷第10期66度的加工硬化现象,当压下量为9013%时,抗拉强度最高值达到43913MPa,与常规冷加工处理(b370MPa)相比8,其强度最高提高了1817%;显微硬度值8加工态纯铜的4%6%和退火态纯铜的45%50%。冷轧纯铜的伸长率随着冷轧压下量的增加而减少,大部分伸长率<011%。当压下量为95%时,伸长率仅为0101%。说明试样经冷塑性变形后其塑性剧烈下降,而且冷变形程度越大,塑性越差,也就是纯铜

9、的加工硬化效应非常明显。而冷轧纯铜样品经180退火处理后,其伸长率有较大幅度提高。例如当压下量为9416%时,退火纯铜样品的抗拉强度值由冷轧后的38312MPa下降到17416MPa,显微硬度由8417HV0101降低到7115HV0101,而伸长率由0103%提(841796HV0101)为常规加工纯铜(110HV0101)的7614%8713%。由于冷轧后的纯铜力学性能不稳定,在实际冷轧工艺中要通过退火处理以消除其9内应力及冷作硬化,提高塑韧性。高到1105%,。究其原因,仍如同前面所述,冷轧纯铜在3min后已经发。,导致纯铜、。图1纯铜的抗拉强度和显微硬度与冷轧压下量的关系Fig11Te

10、nsilestrengthandmicrohardnessofpureCuvsthecoldrolling212图2。由图2可知,相同温度退火后,冷轧纯铜的抗拉强度和显微硬度随压下量而改变的趋势大致相同,基本上呈现随压下量增加先降低后升高的趋势。与未经退火处理的冷轧纯铜的力学性能相比,退火处理后冷轧纯铜的强度和硬度均表现出不同程度的降低。经过180退火后,当压下量为9416%时,纯铜的抗拉强度值由冷轧后的38312MPa下降到17416MPa,显微硬度由8417HV0101降低到7115HV0101,接近退火纯铜的强度(20024010MPa),这说明纯铜的加工硬化在180退火时被消除,分析其

11、原因可能发生了再结晶,使强度值大大降低。通常金属或合金材料经过冷变形加工后,其硬度与强度值将随着退火温度的升高而降低11图2冷轧退火纯铜的抗拉强度(a)和显微硬度(b)与冷轧压下量的关系Fig12Tensilestrength(a)andmicrohardness(b)ofcoldrolledannealedpureCuvscoldrollingreduction。但无氧铜冷轧后经200退火后,强度、硬度值却明显高于180退火后的强度和硬度。当压下量为9015%时,200退火冷轧纯铜的抗拉强度达到40714MPa,显微硬度也达到了92HV0101,接近于相同压下量的冷轧态纯铜强度和硬度。这是由

12、于纯铜200退火时出现了低温退火硬化效应发生了闭锁1321412,其原因是由于变形材料中的图3冷轧纯铜的伸长率与冷轧压下量的关系Fig13Elongationofcold2rolledpureCuvsrollreduction可动位错和退火时由多边化产生的位错壁中可动位错。213冷变形和退火对伸长率影响3结论(1)纯铜经过多道次特殊冷轧后强度明显提高,图3为经不同工艺处理后纯铜伸长率与冷轧压下量的关系。由图3可见,无论是冷轧加工过的试样还是冷轧后退火处理的试样,其伸长率均大大低于常规在压下量为9013%时,获得最高强度为43913MPa,较常规冷加工纯铜的强度提高了1817%,具有较好的应金属

13、热处理2007年第32卷第10期67变强化效果。(2)冷轧纯铜经过180和200退火处理后,其抗拉强度和显微硬度比未退火冷轧纯铜明显下降,且随压下量而改变的变化趋势大致相同,基本上呈现随压下量的增加先降低后升高的趋势。(3)当压下量为9416%时,冷轧纯铜在180退火后,其抗拉强度值由冷轧后的38312MPa下降到17416MPa,显微硬度由8417HV0101降低到7115HV0101,而伸长率由0103%提高到1105%,获得3164.4LIUQ,HANSENN.Effectofgrainorentationondeformationstructureincold2rolledpolycr

14、ystallinealuminumJ.ActaMater,1998,46:581925838.5李军伟,李明杨,郭小龙,等.疲劳态铜单晶高速形变下绝较好的综合性能。(4)冷轧纯铜在200退火时出现低温退火硬化效应,当压下量为9015%时,200退火冷轧纯铜的抗拉强度达到40714MPa,显微硬度也达到了92HV0101,接近于相同压下量的冷轧态的纯铜强度和硬度。参考文献:1朱张校.工程材料M.北京:,36.2HUANGX.Grainin2silestrainedJ1998,38:169721730.3HANSENN,X.MicrostructureandflowstressofcrystalandpolycrystallineJ.ActaMat.,1998,46:31452热剪切带的形成J.金属学报,2005,41:1612166.6石德柯.材料科学基础M.北京:机械工业出版社,1999:87288.7赵志业.金属塑性变形与轧制理论(第二版)M.北京:冶金工业出版社,2004:56257.8林肇琪.有色金属材料学M.大连