Dejavniki, ki vplivajo na trdoto čistega bakra

Velikost zrn je eden najbolj temeljnih dejavnikov, ki vplivajo na trdoto čistega bakra. Glede na Hall-Petčevo razmerje, ko se velikost zrn zmanjša, se trdota in trdnost kovinskih materialov ustrezno povečata. V čistem bakru drobna zrna pomenijo več meja zrn. Meje zrn lahko ovirajo gibanje dislokacij med deformacijo; večji kot je upor, večja je trdota.

Ko je čisti baker v ulitem stanju, so njegova zrna običajno groba, kar povzroči nizko trdoto. S postopki, kot so kovanje, ekstrudiranje ali ustrezna toplotna obdelava, je mogoče zrna prečistiti. Rafinirana zrnata struktura ne le izboljša trdoto, ampak tudi pomaga ohranjati dobro žilavost. Nasprotno pa, če čisti baker dolgo časa hranimo pri visoki temperaturi, pride do rasti zrn, število meja zrn se zmanjša, ovira za dislokacije oslabi in trdota se znatno zmanjša. Zato je nadzorovanje velikosti zrn pomembno sredstvo za prilagajanje trdote čistega bakra v industrijski proizvodnji.

Plastična deformacija je najbolj neposredna in pogosto uporabljena metoda za izboljšanje trdote čistega bakra. Čisti baker ima izjemno visoko plastičnost in po hladni obdelavi, kot je hladno valjanje, hladno vlečenje, žigosanje in krivljenje, bo prišlo do znatnega delovnega utrjevanja.

Med procesom plastične deformacije se znotraj bakrene matrice ustvari veliko število dislokacij. Te dislokacije se med seboj zapletajo, sekajo in stisnejo, zaradi česar se dislokacije težje premikajo, kar močno izboljša trdoto in moč. Večja kot je deformacija, bolj očiten je učinek utrjevanja in večja je trdota. Na primer, popolnoma mehak čisti baker ima zelo nizko trdoto in ga je enostavno upogniti, medtem ko se lahko po velikem deformacijskem hladnem vlečenju njegova trdota podvoji ali več. Vendar bo prekomerna hladna deformacija povzročila močan upad plastičnosti in žilavosti, zaradi česar bo material nagnjen k pokanju. Zato je v dejanski proizvodnji stopnja hladne obdelave strogo nadzorovana v skladu z zahtevami glede trdote in oblikovanja.

Temperatura pomembno vpliva na trdoto čistega bakra, kar se odraža tako pri visokih-temperaturah delovanja kot pri postopkih toplotne obdelave. Pri visokih temperaturah se toplotno gibanje atomov okrepi, sposobnost dislokacij za premagovanje ovir se poveča, zato se trdota ustrezno zmanjša. Zato se čisti baker pri visokih temperaturah lažje deformira.

Kar zadeva toplotno obdelavo, lahko obdelava z žarjenjem odpravi utrjevanje in zmanjša trdoto. Po hladni obdelavi se čisti baker segreje na temperaturo rekristalizacije in vzdržuje določen čas, nato pa ohladi. V notranjosti materiala pride do rekristalizacije, popačena zrna nadomestijo nova enakomerna in fina zrna, dislokacije se močno zmanjšajo, učinek utrjevanja je odpravljen in trdota se vrne na nizko raven. Temperatura žarjenja in čas zadrževanja neposredno vplivata na stopnjo rekristalizacije in velikost zrn ter s tem nadzirata končno trdoto. Če je temperatura prenizka ali čas prekratek, utrjevanja ni mogoče popolnoma odpraviti; če je temperatura previsoka ali je čas predolg, bo prišlo do grobljenja zrn in trdota se bo dodatno zmanjšala, vendar bo delovanje postalo nestabilno.

Strogo gledano industrijski čisti baker vsebuje majhno količino neizogibnih nečistoč, kot so železo, svinec, cink, fosfor, kisik itd. Te nečistoče v sledovih vplivajo tudi na trdoto čistega bakra.

Večina nečistoč v trdni raztopini bo povzročila popačenje mreže, oviralo gibanje dislokacij in rahlo povečalo trdoto čistega bakra. Vendar bo prekomerna vsebnost nečistoč oblikovala krhke druge faze ali vključke, ki ne vplivajo le na prevodnost, ampak vodijo tudi do neenakomerne trdote in zmanjšane plastičnosti. Zlasti za baker visoke-čistosti, ki se uporablja v električnem polju, je vsebnost nečistoč strogo omejena. V primerjavi z drugimi dejavniki je učinek splošnih sledov nečistoč na trdoto razmeroma šibek, vendar je pri pripravi visoko-natančnih in visoko-zmogljivih izdelkov iz čistega bakra nadzor vrst in vsebnosti nečistoč še vedno nepogrešljiv člen.

Če povzamemo, trdota čistega bakra je celovit rezultat notranje mikrostrukture in zunanjih pogojev obdelave. Rafiniranje velikosti zrn in hladna plastična deformacija lahko učinkovito izboljšata trdoto; dvig temperature in obdelava z žarjenjem zmanjšata trdoto; in nečistoče v sledovih imajo rahel prilagoditveni učinek. V industrijskih aplikacijah je mogoče trdoto čistega bakra natančno prilagoditi z razumnim nadzorom postopkov litja, hladne obdelave, toplotne obdelave in čistosti surovin, da izpolni zahteve glede učinkovitosti različnih delovnih pogojev. Zaradi te vodljivosti je čisti baker nenadomestljiv osnovni material na številnih industrijskih področjih.