عوامل موثر بر سختی مس خالص

اندازه دانه یکی از اساسی ترین عوامل موثر بر سختی مس خالص است. با توجه به رابطه هال-با کاهش اندازه دانه، سختی و استحکام مواد فلزی متناسب با آن افزایش می‌یابد. در مس خالص، دانه های ریز به معنای مرز دانه های بیشتر است. مرزهای دانه می تواند مانع حرکت نابجایی ها در طول تغییر شکل شود. هرچه مقاومت بیشتر باشد، سختی بالاتر است.

زمانی که مس خالص در حالت ریخته گری باشد، دانه های آن معمولاً درشت هستند و در نتیجه سختی کمی دارند. از طریق فرآیندهایی مانند آهنگری، اکستروژن، یا عملیات حرارتی مناسب، می توان دانه ها را تصفیه کرد. ساختار دانه های تصفیه شده نه تنها سختی را بهبود می بخشد بلکه به حفظ چقرمگی خوب نیز کمک می کند. در مقابل، اگر مس خالص به مدت طولانی در دمای بالا نگهداری شود، رشد دانه اتفاق می افتد، تعداد مرز دانه ها کاهش می یابد، انسداد نابجایی ها ضعیف می شود و سختی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. بنابراین کنترل اندازه دانه وسیله مهمی برای تنظیم سختی مس خالص در تولید صنعتی است.

تغییر شکل پلاستیک مستقیم ترین و رایج ترین روش برای بهبود سختی مس خالص است. مس خالص دارای خاصیت پلاستیسیته بسیار بالایی است و پس از کار سرد مانند نورد سرد، کشش سرد، مهر زنی و خم شدن، سخت شدن قابل توجهی رخ می دهد.

در طی فرآیند تغییر شکل پلاستیک، تعداد زیادی نابجایی در داخل ماتریس مس ایجاد می شود. این نابجایی‌ها یکدیگر را در هم می‌پیچند، قطع می‌کنند و با هم سنجاق می‌کنند و حرکت نابجایی‌ها را دشوارتر می‌کنند و در نتیجه سختی و استحکام را تا حد زیادی بهبود می‌بخشند. هر چه مقدار تغییر شکل بیشتر باشد، اثر سخت شدن کار آشکارتر و سختی بیشتر می شود. به عنوان مثال، مس خالص کاملاً نرم، سختی بسیار کمی دارد و به راحتی خم می شود، در حالی که پس از کشش سرد تغییر شکل بزرگ، سختی آن را می توان دو برابر یا بیشتر کرد. با این حال، تغییر شکل بیش از حد سرد منجر به کاهش شدید انعطاف پذیری و چقرمگی می شود و مواد را مستعد ترک خوردن می کند. بنابراین، در تولید واقعی، درجه سرد کاری با توجه به الزامات سختی و شکل پذیری به شدت کنترل می شود.

دما تأثیر مهمی بر سختی مس خالص دارد که هم در فرآیندهای{0}سرویس دمای بالا و هم در فرآیندهای عملیات حرارتی منعکس می‌شود. در دماهای بالا، حرکت حرارتی اتم ها تشدید می شود، توانایی نابجایی ها برای غلبه بر موانع افزایش می یابد و سختی بر این اساس کاهش می یابد. به همین دلیل است که مس خالص در دماهای بالا راحت تر تغییر شکل می دهد.

از نظر عملیات حرارتی، عملیات آنیلینگ می تواند سختی کار را از بین ببرد و سختی را کاهش دهد. پس از کار سرد، مس خالص تا دمای تبلور مجدد گرم می شود و برای مدت معینی نگه داشته می شود و سپس سرد می شود. تبلور مجدد در داخل ماده رخ می دهد، دانه های تحریف شده با دانه های یکنواخت و ریز جدید جایگزین می شوند، نابجایی ها به شدت کاهش می یابد، اثر سخت شدن کار حذف می شود و سختی به سطح پایین باز می گردد. دمای بازپخت و زمان نگهداری مستقیماً بر درجه تبلور مجدد و اندازه دانه تأثیر می گذارد و در نتیجه سختی نهایی را کنترل می کند. اگر دما خیلی کم باشد یا زمان خیلی کوتاه باشد، سخت شدن کار نمی تواند به طور کامل حذف شود. اگر دما خیلی بالا باشد یا زمان خیلی طولانی باشد، درشت شدن دانه ایجاد می شود و سختی بیشتر کاهش می یابد اما عملکرد ناپایدار می شود.

به بیان دقیق، مس خالص صنعتی حاوی مقدار کمی ناخالصی های اجتناب ناپذیر مانند آهن، سرب، روی، فسفر، اکسیژن و غیره است. این ناخالصی های ناچیز روی سختی مس خالص نیز تاثیر می گذارد.

اکثر ناخالصی های محلول جامد باعث اعوجاج شبکه، مانع حرکت دررفتگی و کمی افزایش سختی مس خالص می شوند. با این حال، محتوای ناخالصی بیش از حد، فازهای دوم یا آخال های شکننده را تشکیل می دهد، که نه تنها بر رسانایی تأثیر می گذارد، بلکه منجر به سختی ناهموار و کاهش انعطاف پذیری می شود. به خصوص برای مس با خلوص بالا که در میدان الکتریکی استفاده می شود، محتوای ناخالصی به شدت محدود است. در مقایسه با سایر عوامل، تأثیر ناخالصی‌های کمیاب کلی بر سختی نسبتاً ضعیف است، اما در تهیه محصولات مس خالص با-دقت و{5} عملکرد بالا، کنترل انواع ناخالصی و محتوای آن هنوز یک پیوند ضروری است.

به طور خلاصه، سختی مس خالص یک نتیجه جامع از ریزساختار داخلی و شرایط پردازش خارجی است. پالایش اندازه دانه و تغییر شکل پلاستیک سرد می تواند به طور موثر سختی را بهبود بخشد. افزایش دما و عملیات بازپخت سختی را کاهش می دهد. و ناخالصی های کم اثر تنظیم اندکی دارند. در کاربردهای صنعتی، با کنترل معقول فرآیندهای ریخته گری، سرد کاری، فرآیندهای عملیات حرارتی و خلوص مواد خام، سختی مس خالص را می توان به دقت تنظیم کرد تا نیازهای عملکردی شرایط کاری مختلف را برآورده کند. این قابلیت کنترل، مس خالص را به یک ماده اساسی غیرقابل جایگزین در بسیاری از زمینه های صنعتی تبدیل می کند.