بررسی ارتباط ریزساختار و ویژگی های مکانیکی- الکتریکی مفتول مس (کشیده شده و آنیل شده)

عملیات کشش سبب ساختار ناهمسان گرد  می شود که نتیجه آن ازدیاد طول دانه ها در طول محور کشش خواهد بود. از طرفی در پی افزایش تغییر شکل، افزایش در مقاومت الکتریکی و سختی نیز بروز خواهد کرد. پس از آنیل کردن مس کشیده شده در ۲۶۰ درجه سانتی گراد، درمی یابیم که بازگشت تدریجی در ویژگی های مکانیکی و ریزساختار به حالتی نزدیک به حالت مس دریافتی قبل از کشش رخ میدهد.

مقدمه
کشش عبارت است از کاهش سطح مقطع سیم با عبور آن از یک یا چند قالب، تحت تأثیر نیروی کششی (ازدیاد طول). پس از این
عملیات عموماً فرآیند آنیل کردن تبلور مجدد نیز بکار گرفته می شود. تغییرات ساختاری حاصله توسط تغییر شکل پلاستیکی سرد
موجب تغییر خواص فیزیکی و مکانیکی فلزات میگردد.
در این بررسی به مطالعه اثرات ترکیبی تغییر شکل و دمای آنیل کردن بر ویژگی های ریزساختاری، مکانیکی و الکتریکی مفتول مس می پردازیم.

در این شرکت از فرآیند کشش برای کشیدن انواع مختلفی از مفتو لهای دریافتی با کیفیت متفاوت استفاده می شود. در این بررسی مفتول مس چقرمه الکترولیتی ( ETP ) بکار گرفته شده است. این نوع مفتول تأمین شده در این شرکت برای انطباق با نیازهای تولید کابل برقی در نظر گرفته میشود.

۲- مواد مورد بررسی و روش های توصیف آنها مس مورد بررسی مفتول دریافتی ۸ میلیمتری از نوع ETP با خلوص حداقل ۲۶ / ۹۹ درصد وزنی بوده که به سه مفتول با قطرهای مختلف با ازدیاد طول % ۹۷ / ۴۷ = ɛ۲ = ۷۱/۶۴% ، ɛ۱ و % ۶۶ / ۹۱ = ɛ۳ در یک

خط کشش با ۱۱ قالب تبدیل شده است. رو شهای تعیین ماهیت بکار گرفته شده در این بررسی عبارتند از:بررسی  میکروسکوپی نوری و الکترونی، ریزسختی ۳، انداز ه گیری مقاومت الکتریکی و ریزساختار آزمون استحکام کششی مفتو لهای
کشیده شده. ریز ساختارهای نشان داده شده در (شکل ۱ ) حاکی از آن است که مفتول دریافتی قبل از کشش دارای دانه های هم محور است.
اما در صفحه طولی مفتول کشیده شده، ریزساختاری از دانه های افزایش طول یافته در طول محور کشش مشاهده میشود شکل ۱ (B)

طبق نظر Zidane {پیوست های ۲ و ۱} بسته به اینکه چه میزان تغییر شکل رخ داده باشد، مفتول کشیده شده ریزساختاری با بافت الیافی پیدا می کند. این بافت در عملیات کشش سیم به وفور مشاهده شده و به نام بافت الیافی شناخته می شود، زیرا یادآور ترکیب مواد الیافی است. شاخص ساختاری آن صرفاً در جهت یابی به سمت موازی با محور شناخته شده کریستالوگرافی مفتول می باشد. این بافت با محور مفتول متقارن بوده که با نام محور الیاف ۴ شناخته میشود.
انداز ه گیری های ریزسختی نشانگر افزایشی در سختی مفتو لهای کشیده شده است که به میزان تغییر شکل صورت گرفته بستگی دارد. این افزایش در سختی در اولین مرحله کشش و تغییر شکل بسیار شدید است و پس از آن تمایل به ثبات دارد.
چنین نتیجه گیری قبلا در عملیات کشش مفتول فولاد مشاهده شده است {مراجع ۳ و ۴}. چنین سختی شدن را می توان با مکانیزم سختی شدن ناشی از چگالی شدید نابجایی در مواد تغییر شکل یافته تفسیر نمود.

۳- بررسی مفتول های کشیده شده آنیل شده مکانیزم تبلور مجدد درست در اولین دقیقه از ۹ دقیقه نگهداری مفتول خاص شدیداً تغییر شکل یافته در دمای ۲۶۰ درجه سانت یگراد رخ می دهد.

ساختارهای اخیر با افزایش زمان نگهداری در دما بهبود میی‌ابد شکل B )3 ). چنین نتیجه ای در بررسی های متعدد و فرضیه های تبلور مجدد گوناگون پابرجاست، زیرا تغییر شکل زیاد پلاستیکی منجر به ذخیره انرژی زیاد در مفتو لهای کشیده شده در اثر تعداد بیشماری از نابجایی میشود که هجوم به مکانیزم تبلور مجدد را سبب خواهد شد {منابع ۵ و ۶}. منحنی های زیرساختاری نشانگر نرم شدن همه مفتول های کشیده شده و آنیل شده در دمای ۲۶۰ درجه سانتی گراد می باشد، این کاهش سختی در مورد مفتولی که کمتر تغییر شکل یافته، بیشتر است. (شکل ۴)

۴-  آزمون استحکام کششی و انداز ه گیری مقاومت ویژه الکتریکی انداز ه گیری های مقاومت ویژه الکتریکی و استحکام کششی در آزمایشگاه شرکت برای مفتول های کشیده شده و پس از آن بعد از آنیل کردن در دمای ۲۶۰ درجه سانتی گراد انجام شده است. نتایج آزمو نهای استحکام کششی در مورد مفتول های دریافتی پیش از کشش و پس از آن و همچنین پیش و پس از آنیل شدن که در جدول ارایه شده اند به خوبی نشان می دهد که بازگشت خواص مکانیکی به حالتی نزدیک به حالت مفتول دریافتی پیش از کشش رخ داده است.
در این شکل ملاحظه می کنیم که افزایش چشم گیری در مقاومت ویژه الکتریکی در اثر افزایش میزان کاهش سطح مقطع در عملیاتکشش رخ می دهد. از طرفی دیگر آنیل کردن در دمای ۲۶۰ درجه سانتی گراد با زمان نگهدای ۳۰ دقیقه درآن دما پیش از بردن آن به وضعیت کشیده شده کاهش کمی در مقاومت ویژه الکتریکی را در پی خواهد داشت. {منابع ۷ و ۸} چنین نتیجه گیری با مطالعات انجام شده در مرجع شماره ( ۹) در مورد اثر تغییر شکل بر هدایت الکتریکی مس و همچنین بررسی صورت گرفته در مرجع شماره ( ۱۰ ) در مورد مس تغیر شکل یافته مطابقت دارد. محاسبه تغییرات مقاومت ویژه الکتریکی نشان دهنده افزایش ۷/ ۱ درصدی در مقاومت ویژه الکتریکی بین کاهش سطح مقطع ۵۹ / ۲۸ درصد و ۵۹ / ۸۴ درصد است. با توجه به بررسی های پیشین (۱۱) درمی یابیم که مس تغییر شکل یافته دارای چگالی شدید نابجایی ها و همچنین گرو ههایی از نقاط خالی کوچک ناشی از تجمع نقاط خالی برآمده از تغییر شکل می باشد.
نشانه وجود این عیوب در مقابل حرکت الکترونها در فلز همانا بازدارند ه ها (چاله ها)ی ایجاد شده توسط نقاط خالی است (مرجع ۱۲).

نتیجه گیری
این بررسی در مورد مفتول صنعتی مس کشیده شده و آنیل شده، این امکان را فراهم ساخت تا به نتایج زیر دست یابیم:
• عملیات کشش سبب ایجاد ساختاری الیافی به همراه افزایش سختی در اثر تغییر شکل می شود.
• آنیل کردن باعث تبلور مجدد خصوصاً در مورد تغییر شکل های زیاد می شود که بازگشت خواص مکانیکی به حالتی نزدیکی به حالت مفتول دریافتی پیش از کشش را به همراه خواهد داشت.
• با افزایش مقدار کشش افزایش در مقاومت ویژه الکتریکی پدید می آید.
• آنیل کردن در دمای ۲۶۰ درجه سانتی گراد به مدت ۳۰ دقیقه پیش از بردن مفتول به وضعیت کشیده شده کاهش کمی در مقاومت ویژه الکتریکی آن را در پی خواهد داشت.

ترجمه: مهندس محمدباقر پورعبداله (کارشناس صنایع)

نشریه داخلی صنعت سیم و کابل
انجمن صنفی کارفرمایی تولیدکنندگان سیم و کابل ایران
شماره هفتاد و دوم – پا ییز ۱۳۹

بیشتر بخوانید :

نقش دانش فنی و تکنولوژی فرآیند تصفیه مذاب در کاهش تلفات اهمی در صنعت سیم وکابل

روش اندازه گیری ضخامت عایق کابل های فشار قوی با استفاده از پردازش تصویر

فرآیند آنیل در صنعت سیم و کابل

آشنایی با رفراکتومتر (Refractometer)

اصول اکسترود کردن مواد HFFR

واژه نامه سیم و کابل