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退火后硬铜绞线的晶粒结构会产生怎么的变动？

所属分类：电缆新闻颁布功夫：2025-07-26 08:03:55

退火后硬铜绞线的晶粒结构会产生显著变动，其主题思造是通过再结晶和晶粒长大过程解除冷加工产生的变形组织，形成均匀、等轴的晶粒结构。这一变动直接影响绞线的力学机能（如硬度、强度、延展性）和电学机能（如导电性）。以下是具体变动过程及影响分析：

一、退火前硬铜绞线的初始晶粒结构

硬铜绞线通常由多根冷拉铜单线绞合而成，冷加工（如拉拔）会导致以下结构特点：

晶粒变形：

原始等轴晶粒被拉长为纤维状或片状，晶粒长度方向与拉拔方向一致（长径比可达10:1以上）。
晶界吞吐，形成高密度位错缠结（位错密度可达10??-10?? cm??），导致资料硬化（硬度Hv可达150-180）。

亚结构形成：

变形晶粒内部宰割为位错墙（Dislocation Walls）或微带（Microbands），形成藐幼的亚晶粒（尺寸<1 μm）。

各向异性加强：

沿拉拔方向的强度和硬度显著高于垂直方向（各向异性指数可达1.5-2.0）。

二、退火过程中晶粒结构的动态演变

退火通过加热和保温促使铜材产生回复、再结晶和晶粒长大，具体演变过程如下：

1. 回复阶段（<200℃，0.2-0.3Tm）

机造：

位错通过滑移和攀移沉新分列，形成低角度晶界（LAGBs，<15°）的亚晶粒。
晶粒状态仍为拉长状，但位错密度降低50%-70%，内应力开释。

对绞线的影响：

硬度降落<10%（Hv从160降至145），导电性略有提升（从95%IACS升至96%IACS）。
绞线柔韧性改善，但整体结构仍维持各向异性。

2. 再结晶阶段（200-350℃，0.3-0.5Tm）

机造：

形核：
在变形晶粒的晶界、位错密集区或第二相粒子周围形成再结晶主题（尺寸约0.1-1 μm）。
长大：
主题通过大角度晶界（HAGBs，>15°）迁徙吞噬变形组织，形成等轴晶粒。
齐全再结晶：
当变形组织齐全被等轴晶代替时，晶粒尺寸趋于不变（通常5-20 μm）。

对绞线的影响：

低温长时退火（如250℃/4h）：晶粒细�。�5-10 μm），强度较高。
高温短时退火（如300℃/10min）：晶粒粗壮（15-20 μm），延展性更好。
硬度显著降落：
Hv从145降至80-100（降幅40%-50%），抗拉强度从450 MPa降至300-350 MPa。
导电性提升：
位错削减使电子散射降低，导电性从96%IACS升至98%-99%IACS。
各向异性解除：
等轴晶粒使绞线在各个方向上的力学机能均匀化（各向异性指数靠近1.0）。
晶粒尺寸节造：

3. 晶粒长大阶段（>350℃，>0.5Tm）

对绞线的影响：

硬度进一步降低：
Hv可能降至70以下（抗拉强度<250 MPa），但过度长大会导致强度骤降。
导电性趋近极限：
99%IACS后提升空间有限（受铜本征电阻限度）。
晶粒粗化风险：
若晶粒尺寸>30 μm，绞线在弯曲或振动时易在晶界处产生裂纹（需预防）。

三、退火后硬铜绞线的典型晶粒结构特点

等轴晶粒：

晶粒呈近似球形，长径比<1.5，晶界清澈（HAGBs占比>90%）。
示例：250℃退火1幼时后，晶粒尺寸12 μm，尺度差±2 μm（均匀性高）。

低位错密度：

位错密度降至10?-10? cm??（较退火前降低3-4个数量级）。

孪晶可能形成：

在急剧冷却（如水淬）或特定取向关系下，部门晶粒内可能形成退火孪晶（Twin Boundaries），其比例通常<5%，对机能影响较幼。

绞线界面效应：

单线绞合处因应力集中可能形成部门细晶区（尺寸<5 μm），但整体结构仍以等轴晶为主。

四、晶粒结构变动对绞线机能的定量影响

机能指标	退火前（冷拉态）	退火后（250℃/1h）	变动原因
硬度（Hv）	160	90	再结晶形成等轴晶，位错密度降低
抗拉强度（MPa）	450	320	晶粒细化初期强度降低，但均匀性提升
断后伸长率（%）	5	20	等轴晶利于位错滑移，延展性改善
导电性（%IACS）	95	98.5	位错和缺点削减，电子散射降低
弯曲委顿寿命（次）	1×10?	5×10?	晶界强化效应减弱，但应力集中降低

五、工艺优化建议

温度节造：

硬铜绞线退火温度宜节造在200-300℃，预防>350℃导致晶粒粗化。

功夫匹配：

凭据绞线直径（d）设定保温功夫：

$t = k ? d^{2} (k = 0.5 ? 2 min/mm^{2})$



例如，d=2 mm的绞线，k取1 min/mm?，则保温功夫=4分钟。

3. 冷却快率：

选取氮气淬火（冷却快率50-100℃/min）可保留藐幼晶粒（如10 μm），随炉冷却（10-20℃/min）可能使晶粒长大至15-20 μm。

在线检测：

通过超声波硬度检测或电子背散射衍射（EBSD）实时监测晶粒尺寸，确保均匀性（尺度差<3 μm）。

总结

退火后硬铜绞线的晶粒结构从拉长变形晶转变为均匀等轴晶，这一变动显著降低了硬度和强度，同时提升了导电性和延展性。通过精确节造退火温度（200-300℃）、功夫（与直径平方成正比）和冷却快率（优先选择快冷），可实现晶粒尺寸5-20 μm的精准调控，满足电力传输、新能源汽车衔接器等场景对绞线机能的严苛要求。

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