实验研究强化脉冲电流对冷拔金属材料的影响作用

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1、实验研究强化脉冲电流对冷拔金属材料的影响作用张宪宇（北京中唐科华电力设备有限公司河北分公司河北邯郸056003）【摘要】本文探讨了脉冲电流频率对冷拔金属线材力学性能的影响。.jyqkm的冷拔态镀铜焊丝和?2.70mm的冷拔态55CrSi弹簧钢丝。镀铜焊丝的主要成分（m的原材料经过直进式拉丝机拾道次拉拔至?1.6mm，最后镀铜精拔至?1.58mm的镀铜焊丝。55CrSi弹簧钢丝的主要成分（m?2，脉冲频率为100Hz，处理时间为10s时，该线材（No.1）的屈服强度降至790MPa左右，抗拉强度降至1120MPa左右，伸长率约为3.8%。提高高强脉冲电流的频率至300Hz，而其余条件不变

2、，则该线材（No.2）的屈服强度和抗拉强度分别为580MPa和805MPa左右，伸长率则提高至25.0%左右。（3）图2为55CrSi弹簧钢的拉伸应力应变曲线。对于冷拔态的55CrSi弹簧钢（No.0），其屈服强度为1630MPa左右，抗拉强度为1850MPa左右，屈强比约为0.88，而伸长率约为1.9%。通过高强脉冲电流对其进行短时处理，当电流密度为850A/mm?2，脉冲频率为400Hz，处理时间为10s时，该线材（No.1）的屈服强度降至1375MPa左右，抗拉强度降至1545MPa左右，此时屈强比约为0.89，而伸长率提高至5.6%左右。提高脉冲电流的频率至800Hz，而其余条

3、件不变，则线材（No.2）的屈服强度降至1255MPa左右，抗拉强度降至1362MPa左右，此时屈强比约为0.92，而伸长率则大幅提高至9.2%左右。?（4）图3为镀铜焊丝纵截面的显微组织分析。由图3（a）可见，冷拔态的镀铜焊丝的主要组织是铁素体+索氏体。采用高强脉冲电流处理进行短时处理，当脉冲频率为100Hz，电流密度为2650A/mm?2，处理时间为10s时，该线材的显微组织和晶粒尺寸没有发生明显的变化（图3b）。提高脉冲频率至300Hz时，该线材的显微组织中引入了细小、均匀的再结晶晶粒（图3c）。?（5）图4为55CrSi弹簧钢纵截面的显微组织分析。由图4（a）可见，冷拔态的55

4、CrSi弹簧钢显微组织主要是铁素体+索氏体。采用高强脉冲电流处理进行短时处理，当脉冲频率为400Hz，电流密度为850A/mm?2，处理时间为10s时，该线材的显微组织和晶粒尺寸没有发生明显的改变（见图4b）。提高脉冲频率至800Hz时，该线材的显微组织中引入了细小、均匀的再结晶晶粒（图4c）。3.讨论?（1）实验表明，通过提高脉冲频率，能使冷拔金属线材在短时内实现完全软化，恢复塑性变形能力，并获得细小均匀的再结晶晶粒。在较低的脉冲频率和较低的温度作用下，金属线材的原子扩散能力虽然不是很大，但晶粒内部的位错、空位、间隙原子等缺陷在脉冲电子流的作用下发生移动和复合，位错密度大大减少。?〖

5、LL（2）因此，金属线材的其残余应力已经大大地降低，抗拉强度略有降低而塑性有所提高（图1中No.1和图2中No.1）。此时，金属线材发生回复过程，高强脉冲电流处理的效果类似于去应力退火。在较高的脉冲频率和较高的温度作用下，金属线材内部的原子扩散能力得到明显的增强，其显微组织也由拉长的晶粒通过重新形核和长大变成细小、均匀的等轴晶（图3c和图4c），且抗拉强度显著降低而塑性大大提高，加工硬化现象得到基本消除（图1中No.2和图2中No.2）。此时，金属线材发生了再结晶过程，高强脉冲电流处理的效果类似于再结晶退火。?（3）经高强脉冲电流处理得到组织调整和性能回复所需的时间仅为10s，远低于传

6、统退火热处理所需的时间，表现出高效、节能等特点。在脉冲电流的工艺参数中，脉冲频率代表单位时间内电子的反复冲击次数，电流密度则是通过单位面积的电子数目，因此，通过提高脉冲频率或电流密度，能够有效地强化脉冲电流对冷拔金属材料的作用，极大地缩短其发生组织调整和性能回复所需的时间。4.结论?（1）在较低的脉冲频率作用时，金属线材仅发生回复过程，被拉长的晶粒基本上保持原始状态。通过提高脉冲频率，金属线材内部可以重新形核和产生细小均匀的晶粒，发生再结晶过程；〖JP?（2）在高强脉冲电流的作用下，金属线材表现为强度下降、伸长率提高，力学性能得到恢复。在发生再结晶过程后，镀铜焊丝和55CrSi弹簧钢的

7、抗拉强度分别下降约40%和26%，伸长率分别提高约793%和384%。..