Factoren die de hardheid van puur koper beïnvloeden

Korrelgrootte is een van de meest fundamentele factoren die de hardheid van puur koper beïnvloeden. Volgens de Hall-Petch-relatie nemen de hardheid en sterkte van metalen materialen overeenkomstig toe naarmate de korrelgrootte afneemt. Bij puur koper betekenen fijne korrels meer korrelgrenzen. Korrelgrenzen kunnen de beweging van dislocaties tijdens vervorming belemmeren; hoe groter de weerstand, hoe hoger de hardheid.

Wanneer puur koper zich in gegoten toestand bevindt, zijn de korrels meestal grof, wat resulteert in een lage hardheid. Door processen zoals smeden, extrusie of een geschikte warmtebehandeling kunnen de korrels worden verfijnd. De verfijnde korrelstructuur verbetert niet alleen de hardheid, maar zorgt ook voor het behoud van een goede taaiheid. Als puur koper daarentegen lange tijd op een hoge temperatuur wordt gehouden, zal er korrelgroei optreden, zal het aantal korrelgrenzen afnemen, zal de belemmering voor dislocaties verzwakken en zal de hardheid aanzienlijk afnemen. Daarom is het beheersen van de korrelgrootte een belangrijk middel om de hardheid van puur koper bij industriële productie aan te passen.

Plastische vervorming is de meest directe en meest gebruikte methode om de hardheid van puur koper te verbeteren. Zuiver koper heeft een extreem hoge plasticiteit en er zal aanzienlijke verharding optreden na koud bewerken, zoals koudwalsen, koudtrekken, stempelen en buigen.

Tijdens het plastische vervormingsproces wordt een groot aantal dislocaties gegenereerd in de kopermatrix. Deze dislocaties verstrengelen, kruisen en klemmen elkaar vast, waardoor het moeilijker wordt voor dislocaties om te bewegen, waardoor de hardheid en sterkte aanzienlijk worden verbeterd. Hoe groter de hoeveelheid vervorming, hoe duidelijker het verhardingseffect en hoe hoger de hardheid. Volledig zacht, puur koper heeft bijvoorbeeld een zeer lage hardheid en is gemakkelijk te buigen, terwijl na grote vervorming bij koud trekken de hardheid kan worden verdubbeld of meer. Overmatige koude vervorming zal echter leiden tot een scherpe afname van de plasticiteit en taaiheid, waardoor het materiaal vatbaar wordt voor scheuren. Daarom wordt bij de daadwerkelijke productie de mate van koudvervormen strikt gecontroleerd volgens de vereisten voor hardheid en vervormbaarheid.

Temperatuur heeft een belangrijke invloed op de hardheid van puur koper, wat tot uiting komt in zowel service- als warmtebehandelingsprocessen bij hoge- temperaturen. Bij hoge temperaturen wordt de thermische beweging van atomen intenser, wordt het vermogen van dislocaties om obstakels te overwinnen vergroot en neemt de hardheid dienovereenkomstig af. Dit is de reden waarom puur koper gemakkelijker te vervormen is bij hoge temperaturen.

In termen van warmtebehandeling kan een gloeibehandeling de verharding van het werk elimineren en de hardheid verminderen. Na koudvervormen wordt zuiver koper verwarmd tot de herkristallisatietemperatuur, gedurende een bepaalde tijd vastgehouden en vervolgens afgekoeld. Herkristallisatie vindt plaats in het materiaal, de vervormde korrels worden vervangen door nieuwe uniforme en fijne korrels, dislocaties worden sterk verminderd, het verhardingseffect wordt geëlimineerd en de hardheid keert terug naar een laag niveau. De gloeitemperatuur en de verblijftijd hebben rechtstreeks invloed op de herkristallisatiegraad en de korrelgrootte, waardoor de uiteindelijke hardheid wordt gecontroleerd. Als de temperatuur te laag is of de tijd te kort is, kan de werkverharding niet volledig worden geëlimineerd; als de temperatuur te hoog is of de tijd te lang is, zal het korrelvergroving worden veroorzaakt en zal de hardheid verder worden verminderd, maar de prestaties zullen onstabiel worden.

Strikt genomen bevat industrieel puur koper een kleine hoeveelheid onvermijdelijke onzuiverheden, zoals ijzer, lood, zink, fosfor, zuurstof, enz. Deze sporen van onzuiverheden zullen ook de hardheid van puur koper beïnvloeden.

De meeste onzuiverheden in vaste oplossingen veroorzaken roostervervorming, belemmeren de dislocatiebeweging en verhogen de hardheid van puur koper enigszins. Een overmatig gehalte aan onzuiverheden zal echter broze tweede fasen of insluitsels vormen, die niet alleen de geleidbaarheid beïnvloeden, maar ook leiden tot ongelijkmatige hardheid en verminderde plasticiteit. Vooral voor hoog-zuiver koper dat in de elektrische sector wordt gebruikt, is het gehalte aan onzuiverheden strikt beperkt. Vergeleken met andere factoren is het effect van algemene sporen van onzuiverheden op de hardheid relatief zwak, maar bij de bereiding van zuivere koperproducten met hoge-precisie en hoge-prestaties is de beheersing van onzuiverheidstypen en -gehalte nog steeds een onmisbare schakel.

Samenvattend is de hardheid van puur koper een alomvattend resultaat van de interne microstructuur en externe verwerkingsomstandigheden. Verfijning van de korrelgrootte en koude plastische vervorming kunnen de hardheid effectief verbeteren; temperatuurstijging en uitgloeibehandeling zullen de hardheid verminderen; en sporenonzuiverheden hebben een klein aanpassingseffect. In industriële toepassingen kan de hardheid van puur koper, door het gieten, koud bewerken, warmtebehandelingsprocessen en de zuiverheid van grondstoffen redelijk te beheersen, nauwkeurig worden aangepast om te voldoen aan de prestatie-eisen van verschillende werkomstandigheden. Deze controleerbaarheid maakt puur koper tot een onvervangbaar basismateriaal in veel industriële sectoren.