CN110926672A - 一种测量梯度纯铜材料中残余应力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种测量纳米晶粒梯度纯铜材料中残余应力的方法，属于金属材料加工技术领域；本发明所述方法是将纯铜材料在真空环境中进行退火，然后在室温环境下对退火后的纯铜材料进行双侧/单侧表面机械研磨处理获得具有纳米晶粒梯度结构的纯铜材料，所得材料中具有一定的残余应力，将其进行200℃真空退火，分别对退火前后的纳米晶粒梯度结构纯铜材料进行单轴准静态拉伸测试，退火前后材料拉伸强度的差值就是残余应力。本发明所述方法操作过程简单，容易实现，在迅速发展的电子通信、航空航天、机械制造等领域具有巨大的应用空间。

Description

一种测量梯度纯铜材料中残余应力的方法
技术领域
本发明涉及一种测量梯度纯铜材料中残余应力的方法，属于金属材料加工技术领域。
背景技术
纯铜材料具有很多优异的性能，因此被广泛应用于诸多的领域。它在具有高塑性和良好导热性的同时还具备优异的导电性能，并且在自然界中储量丰富，便于加工，因此广泛应用于电子元器件、信息通讯 、机械制造、航天航空、建筑化工 、能源等领域。同时良好的耐腐蚀性和加工工艺等性能使纯铜在航空航天和饰品制作方面有着很大的潜力。此外，铜也是极耐用的金属，可以多次回收而无损其机械性能。
但是随着社会的不断发展，铜的传统加工方法及力学性能很难满足工业上对其性能的更高要求，严重限制其在各工程领域的进一步发展及应用。因此， 为了满足对材料性能的更高要求，科研工作者不断开发各种新技术 、新工艺、 新方法，以期促进铜的进一步发展与应用。
通常，高强度和高塑性在材料中总是不可兼得。目前工业上的制备方法多是以均衡塑性或强度的方式来衡量材料的综合力学性能，以达到工件应用所需。近年来，通过采用等径角挤压、高压扭转、累积叠轧等大塑性变形方法制备的块体纳米/超细晶结构材料，使材料的强度大幅度上升，但是他们的塑性却非常低。
采用表面机械研磨处理的方法在纯铜中制备一种晶粒尺寸从心部到表层呈梯度变化的单层或者多层梯度结构材料，试样在外加载荷的重复作用下，经过不同方向无规则的撞击，材料表面发生严重的塑性变形且表面的粗晶粒组织逐渐细化，最终达到纳米量级。表面机械研磨处理后的试样晶粒尺寸沿着厚度方向逐渐增大，材料的外形尺寸保持不变，而且表面纳米层与基体之间不存在明显的界面，不会出现界面污染和剥离等现象。通过表面机械研磨处理工艺获得的纳米晶粒梯度纯铜材料表面具有极高的强度、硬度，而心部保留较高的塑性，在变形过程中表面细晶粒层与粗晶粒基体相互协调，多种机制相互配合，有效避免了结构特征尺寸突变引起的性能突变，使纯铜具有优异的强度和塑性结合。
但是生产过程中难免产生一定的残余应力，残余应力的存在，一方面会降低工件的强度，使其在应用过程中产生变形和开裂等缺陷；另一方面又会在制造后的自然释放过程中使材料的疲劳强度、应力腐蚀等力学性能降低，从而造成使用中出现问题。在结构设计中必须考虑残余应力的影响。因此，如何测量材料中的残余应力就变得尤为重要，这对于保障生产、稳定产品质量等方面都有极其重要的意义。
发明内容
一种测量梯度纳米纯铜材料中残余应力的方法，该方法加工工艺简单，具体包括以下步骤：
（1）将纯铜板材于650~750℃的温度下退火1~2小时；
（2）将步骤（1）所得板材进行表面抛光去除表面的氧化层，随即对抛光后的纯铜板材进行双侧/单侧表面机械研磨处理，在进行表面机械研磨处理的过程中产生了残余应力；
（3）将步骤（2）中所得板材在真空环境下进行100~200℃退火2~4小时；
（5）将步骤（2）和（3）中所得试样进行单轴准静态拉伸测试，退火前后材料拉伸强度的差值即为残余应力。
优选的，本发明步骤（1）中纯铜板材的尺寸为5 × 80 × 100 mm3。
优选的，本发明步骤（2）中所述表面机械研磨处理过程的工艺参数为：试验频率50~80Hz，直径8mm的钢球150~200颗，处理时间15 min。
本发明步骤（2）中所述双侧/单侧表面机械研磨处理，处理温度为室温。
本发明的有益效果是：
本发明所述方法先对纯铜板材进行双侧/单侧表面机械研磨处理，使得表面晶粒逐步细化，然后在低温条件下进行退火测试残余应力，退火前后材料的拉伸强度差值即为残余应力；本发明选择了能够有效消除残余应力的温度和时间，同时可以防止再结晶或晶粒长大；本发明所述制备方法简单，易于生产，并且应用广泛。
附图说明
图1是为本发明实施例中的拉伸曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种测量梯度纳米纯铜材料中残余应力的方法，具体包括以下步骤：
（1）将尺寸为5 × 80 × 100 mm3纯铜板材于650℃的温度下退火2小时；
（2）将步骤（1）所得板材进行表面抛光去除表面的氧化层，随即对抛光后的纯铜板材进行单侧表面机械研磨处理，在进行表面机械研磨处理的过程中产生了残余应力；表面机械研磨处理过程的工艺参数为：试验频率50Hz，直径8mm的钢球200颗，处理时间15 min；所得试样进行单轴准静态拉伸测试，如图1中实施例1曲线1所示，屈服强度153MPa。
（3）将步骤（2）中所得板材在真空环境下进行200℃退火4小时。
（5）将步骤（3）中所得试样进行单轴准静态拉伸测试，如图1中实施例1曲线2所示，屈服强度141MPa，与退火前相比较屈服强度减少了12MPa，即单侧表面机械研磨处理试样中的残余应力为12 MPa。
实施例2
一种测量梯度纳米纯铜材料中残余应力的方法，具体包括以下步骤：
（1）将尺寸为5 × 80 × 100 mm3纯铜板材于700℃的温度下退火1.5小时；
（2）将步骤（1）所得板材进行表面抛光去除表面的氧化层，随即对抛光后的纯铜板材进行双侧表面机械研磨处理，在进行表面机械研磨处理的过程中产生了残余应力；表面机械研磨处理过程的工艺参数为：试验频率70Hz，直径8mm的钢球180颗，处理时间15 min；所得试样进行单轴准静态拉伸测试，如图1中实施例2曲线1所示，屈服强度173 MPa。
（3）将步骤（2）中所得板材在真空环境下进行100℃退火2小时。
（5）将步骤（3）中所得试样进行单轴准静态拉伸测试，退火前后材料拉伸强度的差值即为残余应力，如图1中实施例2曲线2所示，屈服强度163MPa，与退火前相比较屈服强度减少了10MPa，即双侧表面机械研磨处理试样中的残余应力为10MPa。
实施例3
一种测量梯度纳米纯铜材料中残余应力的方法，具体包括以下步骤：
（1）将尺寸为5 × 80 × 100 mm3纯铜板材于650℃的温度下退火2小时；
（2）将步骤（1）所得板材进行表面抛光去除表面的氧化层，随即对抛光后的纯铜板材进行双侧表面机械研磨处理，在进行表面机械研磨处理的过程中产生了残余应力；表面机械研磨处理过程的工艺参数为：试验频率60Hz，直径8mm的钢球150颗，处理时间15min，所得试样进行单轴准静态拉伸测试，屈服强度169 MPa。
（3）将步骤（2）中所得板材在真空环境下进行150℃退火3小时。
（5）将步骤（3）中所得试样进行单轴准静态拉伸测试，退火前后材料拉伸强度的差值即为残余应力；屈服强度160MPa，与退火前相比较屈服强度减少了9MPa，即双侧表面机械研磨处理试样中的残余应力为9MPa。

Claims (3)

1.一种测量梯度纳米纯铜材料中残余应力的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将纯铜板材于650~750℃的温度下退火1~2小时；
（2）将步骤（1）所得板材进行表面抛光去除表面的氧化层，随即对抛光后的纯铜板材进行双侧/单侧表面机械研磨处理，在进行表面机械研磨处理的过程中产生了残余应力；
（3）将步骤（2）中所得板材在真空环境下进行100~200℃退火2~4小时；
（5）将步骤（2）和（3）中所得试样进行单轴准静态拉伸测试，退火前后材料拉伸强度的差值即为残余应力。
2.根据权利要求1所述测量梯度纳米纯铜材料中残余应力的方法，其特征在于：步骤（1）中纯铜板材的尺寸为5 × 80 × 100 mm3。
3.根据权利要求1所述测量梯度纳米纯铜材料中残余应力的方法，其特征在于：本发明步骤（2）中所述表面机械研磨处理过程的工艺参数为：试验频率50~80Hz，直径8mm的钢球150~200颗，处理时间15 min。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103529130A (zh) * 2013-10-30 2014-01-22 北京理工大学 残余压应力定值试块的设计方法
CN105371996A (zh) * 2015-10-16 2016-03-02 上海应用技术学院 一种金属材料压力加工产生的残余应力的测量方法
CN105841854A (zh) * 2016-04-28 2016-08-10 西南石油大学 一种焊接残余应力的测试方法
CN106289582A (zh) * 2015-05-13 2017-01-04 中国科学院金属研究所 一种钻孔法残余应力测量系统
CN107607242A (zh) * 2017-09-22 2018-01-19 上海实达精密不锈钢有限公司 一种冷轧精密金属薄带的残余应力检测方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103529130A (zh) * 2013-10-30 2014-01-22 北京理工大学 残余压应力定值试块的设计方法
CN106289582A (zh) * 2015-05-13 2017-01-04 中国科学院金属研究所 一种钻孔法残余应力测量系统
CN105371996A (zh) * 2015-10-16 2016-03-02 上海应用技术学院 一种金属材料压力加工产生的残余应力的测量方法
CN105841854A (zh) * 2016-04-28 2016-08-10 西南石油大学 一种焊接残余应力的测试方法
CN107607242A (zh) * 2017-09-22 2018-01-19 上海实达精密不锈钢有限公司 一种冷轧精密金属薄带的残余应力检测方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
史玉升 等著: "《复杂金属零件热等静压整体成形技术》", 31 January 2018 *
殷喆: "梯度结构铜及铜合金的塑性变形机理及力学行为研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑（月刊）》 *
郗旸 等: "Mo离子注入对纯铜表面纳米层稳定性的影响", 《材料工程》 *

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