Relación microestructura y propiedades de cobre sometido a deformación plástica severa mediante presión en canal angular de sección constante

Abstract

Muestras de cobre electrolítico (ETP) y refinado al fuego (FRHC) previamente recocidas durante 30 minutos a una temperatura de 600 ºC, fueron sometidas a presión en canal angular de sección constante (ECAP) a temperatura ambiente hasta un máximo de 16 pases (ε ~ 1 por pase) siguiendo la ruta Bc en una matriz con un ángulo interno de 90º y un ángulo exterior de 37°. La caracterización microestructural se determinó mediante la técnica de difracción de electrones retrodispersados (EBSD). Las propiedades mecánicas después de cada pase se evaluaron por ensayos de tracción, microdureza y fatiga. Además, se utilizó la calorimetría de barrido diferencial (DSC) para estimar la energía almacenada durante la deformación y la temperatura de recristalización después de cada pase por ECAP. En cuanto a las propiedades eléctricas se correlacionaron con la energía asociada a los defectos inducidos durante el proceso ECAP y con el comportamiento microestructural observado. Las características microestructurales muestran una microestructura estable para el cobre FRHC y bimodal para el cobre ETP después de cuatro pases. Se analizó el efecto de la textura inicial sobre la evolución de la textura después del proceso de ECAP para todos los materiales. Los materiales en estado de recocido presentaron una marcada anisotropía, la cual se mantiene después del proceso ECAP, observándose una preferencia hacia la fibra <110>. Las texturas obtenidas para los cobres en estudio, después de cada pasada por ECAP, presentan orientaciones predominantes con distribuciones continuas a lo largo de fibras de orientación con textura de corte simple. Desde el punto de vista mecánico, se observó que la mejora en las propiedades mecánicas de los cobres ETP y FRHC ocurre gradualmente con el número de pasadas por ECAP, obteniéndose un estado estable después de 4 pases en la sección longitudinal y después de 2 pases en la sección transversal. En cuanto al comportamiento a fatiga, se observó una mejora significativa para los dos cobres en estudio después de 8 pases por ECAP en comparación con los de cobres recocidos. Por último, los resultados de DSC mostraron que la energía almacenada en los materiales se incrementa con el grado de deformación impartida por ECAP, mientras que la temperatura de recristalización disminuye significativamente. De manera similar, se observó que la conductividad eléctrica disminuye con el incremento de la deformación. Sin embargo, esta reducción no fue muy significativa si se tiene en cuenta el grado de deformación aplicada a las muestras.

Samples of electrolytic tough pitch (ETP) and fire refined high conductivity (FRHC) copper previously annealed for 30 minutes at a temperature of 600 °C, were subjected to equal-channel angular pressing (ECAP) for up to 16 passes (ε ~ 1 per pass) at room temperature following route Bc, using an ECAP die with an inner angle of 90° and an outer angle of 37°. The microstructural characterization was determined by electron backscattered diffraction (EBSD) technique. The mechanical properties after each pass were evaluated by tensile tests, microhardess and fatigue. Additionally, differential scanning calorimetry (DSC) was used to estimate the stored deformation energy and the recrystallization temperature after each ECAP pass, while the electrical properties were correlated with the associated energy that results from the defects induced during the ECAP process and the observed microstructural behavior. The microstructural features show a stable microstructure for the FRHC copper and a bimodal microstructure for the ETP copper after four passes. The effect of the initial texture on the evolution of texture after the ECAP process for all materials was analyzed. The annealed materials showed a marked anisotropy, which remains after the ECAP process, showing a preference for the <110> fiber. The textures obtained for the investigated coppers after each ECAP pass exhibit predominant orientations with continuous distributions along the orientation fiber with simple shear texture. From a mechanical point of view, an improvement in the mechanical properties for the ETP1 and FRHC coppers occurs gradually with the number of ECAP passes, obtaining a stable state after 4 passes in longitudinal section and after 2 passes in cross section. The fatigue behavior shows a significant improvement in the fatigue life for both the ETP2 and FRHC coppers subjected to 8 ECAP passes compared with the annealed coppers. Finally, the DSC results showed that the stored energy in materials increases with the degree of deformation imparted by ECAP, while the recrystallization temperature significantly decreases. Similarly, it was found that the electrical conductivity decreases with increasing deformation. However, this reduction was not significant when taking into account the degree of strain applied to the samples. The DSC results show that the stored energy rises on increasing ECAP deformation, while the recrystallization temperature decreases significatively. Similarly, electrical conductivity decreases up to a saturation state at increasing ECAP passes.