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    冷軋和回火對于金屬材料的影響

        作者:宏拓新軟件
        發布日期:2023-08-07         
    閱讀:47     
     
     

    金屬

    如何增加金屬的應變硬化和強度是一個很重要的問題,應變硬化是提高合金強度的一種常用方法。利用變形來增加金屬的強度這個過程,也被稱為冷加工和硬化加工。通過使材料在超過屈服點的水平上施加應力,材料會變得更硬、更堅固,使未來的變形更加困難。

    術語“回火”描述的是對材料進行一定的處理,包括冷加工和熱處理。根據合金所經過的加工,合金被描述為半硬、全硬、彈性回火等。特定合金的高強度回火比低強度回火可成行性要低,因為它們的一些應變硬化能力已經在冷軋過程中處理過了。

    這就是為什么帶材的成形性隨著回火的增加而降低。像銅鈹或鎳鈹這樣的沉淀硬化合金往往比完全通過冷加工增強的合金具有更好的強度和成形比,因為熱處理的合金不需要那么多的冷加工就能達到給定的強度水平。當一種材料永久變形時,晶格需要移動直到被某種因素固定,比如晶界或合金元素。然而,最有效的位錯抑制劑之一是另一種位錯。當位錯在不同的平面上運行并相交時,它們不能相互通過。位錯相互堆積,可能交織在一起。這種位錯糾纏阻止了該特定顆粒的任何進一步的永久變形,而無需使用更大的能量。這增加了材料在任何后續載荷下的強度。

    圖1(下圖)顯示了在應變硬化過程中理論上發生的情況。在材料中加入一定量的應變(灰色線),卸下載荷后,材料沿著垂直于彈性加載線(紫色正方形)的路徑返回到零應力狀態。當材料被重新加載時,它遵循相同的路徑上升到原始的應力-應變曲線(藍線)。但是,材料的彈性極限已經增加了一定的量。新的屈服強度(綠色虛線)現在大大高于舊的屈服強度(紅色虛線)。此外,總的延伸率現在已經減少了。因此,強度的增加將降低延展性和可成形性。

    帶應變硬化的應力-應變曲線

    圖1: 帶應變硬化的應力-應變曲線

    圖2(下)顯示了用于帶材冷軋過程增加回火的狀況。帶材在兩個施加大壓力的輥之間通過。該帶材通過間隙被壓縮,并變得更長、更薄。金屬中的顆粒也會變得拉長。這種永久性的變形會導致位錯堆積起來,從而增加了材料的強度。此外,較大的晶界面積可作為后續位錯的抑制因素。

    銅合金冷軋

    圖2 : 銅合金冷軋

    冷軋程度決定了金屬的強度。隨著冷軋程度的增加,強度也在增加。相反,總延伸率隨著冷軋的增加而減小。圖3顯示了黃銅的強度、延伸率和冷工件之間的關系。如果冷工的百分比增加超過某個點,強度就會遞減。因為在更高的冷軋條件下,自由位錯更少從而阻礙晶格移動。此外,延伸率迅速降低。由于材料的塑性變形能力較差,斷裂的可能性更大。

    冷軋對強度和延展性的影響

    圖3:冷軋對強度和延展性的影響

    在高水平的冷軋工作中,材料變得非常難以進一步加工或成形。如果它必須成形,或進一步減少厚度,那么就需要退火。這是一種高溫浸泡法,它會導致顆粒再結晶。先前冷軋工作的所有影響都消失了。這將材料的強度和延伸率恢復到起始(無冷加工)值。然后,材料就可以為任何必要的冷軋做好準備。退火必須在足夠高的溫度和足夠長的時間下進行,需要破壞舊的晶粒。為了方式新的晶粒長得太大,時間必須足夠短,溫度也必須足夠低。

    冷軋加工

    冷軋加工是提高金屬強度最重要的手段之一。然而,必須在賦予金屬的強度和失去的延展性之間取得平衡。較硬的回火具有高強度和低延展性(不良的成形性),而較軟的回火具有低強度和高延性(非常好的成形性)。在為連接器或觸點選擇材料時,最好滿足設計可成形性要求的最高強度的材料。

     

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