Cấp độ cứng của đồng và bán kính uốn nhỏ nhất
Cách các cấp độ cứng R220, R240 và R290 theo EN 13601 định ra bán kính uốn nhỏ nhất của thanh cái đồng, cách đọc chứng chỉ nhà máy cán, và khi nào ủ mềm là câu trả lời sai.
Đọc 10 phútCập nhật 2026-08-18
"Thanh cái đồng, 100 × 10, dài 3 mét" không phải một đặc tả mua được. Nó gọi tên một kim loại và một tiết diện rồi bỏ sót đúng cái tính chất quyết định thanh sẽ uốn được tới bán kính trên bản vẽ của bạn hay sẽ nứt ngang mặt ngoài ngay ở chi tiết đầu tiên. Tính chất đó là cấp độ cứng, và nó là một ô dữ liệu thuộc chuỗi cung ứng trước khi nó là một vấn đề của xưởng: một khi thanh đã nằm trên giá, không ai đổi được nó nếu không có lò.
Phần dưới đây quy hướng dẫn về bán kính uốn theo các mã cấp độ cứng xuất hiện trên đơn hàng và chứng chỉ nhà máy cán, chứ không quy theo riêng chiều dày. Chiều dày có ý nghĩa, nhưng nó là biến thứ hai.
Các mã EN 13601 nghĩa là gì
EN 13601 bao trùm thanh tròn, thanh dẹt và dây đồng dùng cho mục đích điện, và với công việc thanh cái thì mác đáng quan tâm là Cu-ETP, ký hiệu CW004A. Tiêu chuẩn nhận dạng trạng thái vật liệu theo hai cách, và cả hai đều xuất hiện trên chứng chỉ.
Ký hiệu R gắn với giới hạn bền kéo nhỏ nhất tính bằng N/mm². R220 nghĩa là bền kéo tối thiểu 220. Ký hiệu H gắn với độ cứng Vickers nhỏ nhất. H040 nghĩa là tối thiểu 40 HV. Hai hệ chạy song song, và đó là lý do bạn thấy chúng đi thành cặp.
| Cấp độ cứng | Giới hạn bền kéo Rm | Giới hạn chảy quy ước 0.2% điển hình | Độ giãn dài A50 điển hình | Độ cứng điển hình |
|---|---|---|---|---|
| R220 / H040 (ủ mềm) | 220–260 N/mm² | ≤ 140 N/mm² | ≥ 33% | 40–70 HV |
| R240 / H065 (nửa cứng) | 240–300 N/mm² | ≥ 180 N/mm² | ≥ 8% | 65–95 HV |
| R290 / H090 (cứng) | 290–360 N/mm² | ≥ 250 N/mm² | ≥ 4% | 90–110 HV |
Các dải bền kéo là của tiêu chuẩn. Các con số về giới hạn chảy quy ước, độ giãn dài và độ cứng là những gì bảng thông số nhà máy cán công bố kèm các ký hiệu này cho Cu-ETP và nên được coi là điển hình chứ không phải quy định bắt buộc; tài liệu hướng dẫn về thanh cái của Copper Development Association nêu giới hạn chảy quy ước 50 đến 55 N/mm² cho đồng tiết diện thanh cái ủ mềm hoàn toàn và 170 đến 200 N/mm² cho loại nửa cứng, tức thấp hơn ở đầu mềm so với các con số cho băng đồng ở trên.
Từ bảng đó có hai điều rút ra, và cả hai đều quan trọng hơn bản thân các con số.
Thứ nhất, chuỗi quan hệ chỉ chạy một chiều. Biến dạng nguội làm tăng giới hạn bền kéo, tăng giới hạn chảy quy ước, tăng độ cứng và cắt bớt độ giãn dài. Mọi tính chất trên cùng một hàng đều dịch chuyển cùng nhau vì tất cả đều đến từ cùng một mật độ lệch mạng. Bạn không mua được đồng cứng mà lại có tính tạo hình của đồng mềm.
Thứ hai, cột độ giãn dài sụp xuống nhanh hơn nhiều so với mức tăng của các cột độ bền. Đi từ R220 lên R290 cho bạn thêm khoảng 40% giới hạn bền kéo và lấy đi của bạn chừng 88% độ giãn dài. Chính sự bất đối xứng đó khiến việc chọn cấp độ cứng bị chi phối bởi các cân nhắc về tạo hình chứ không bởi độ bền.
Hiệu ứng kích thước không mấy ai nhắc tới
Có một lưu ý về cấp độ cứng cao khiến người ta vấp trên các tiết diện lớn. Độ bền lớn nhất đạt được phụ thuộc vào tiết diện, bởi lượng biến dạng nguội mà một nhà máy cán có thể đưa vào một thanh bị giới hạn bởi mức giảm diện tích mà quy trình cho phép. Hướng dẫn của CDA đặt thanh cái ở trạng thái cứng trong dải 250 đến 340 N/mm² tùy theo diện tích tiết diện, với các tiết diện lớn hơn nằm ở đầu thấp.
Vậy "cứng" trên thanh 30 × 5 và "cứng" trên thanh 200 × 12 không phải cùng một trạng thái vật liệu, ngay cả khi cả hai chứng chỉ đều ghi R290. Tiết diện lớn sẽ nằm gần đáy dải hơn, sẽ dễ tính hơn một chút khi uốn, và sẽ đàn hồi ngược ít hơn một chút. Nếu bạn đang chuyển một bảng bù đã được kiểm chứng từ tiết diện nhỏ sang tiết diện lớn, hãy chờ đợi nó thiên về an toàn chứ không phải sai.
Bán kính uốn nhỏ nhất khi uốn phẳng
Điểm khởi đầu đã công bố là hướng dẫn của CDA cho đồng dẫn điện cao ở cấp nửa cứng hoặc cứng, cho bán kính khuôn uốn nhỏ nhất theo bội số của chiều dày:
| Chiều dày | Bán kính uốn nhỏ nhất |
|---|---|
| Đến 10 mm | 1 t |
| 11 đến 25 mm | 1.5 t |
| 26 đến 50 mm | 2 t |
Trên 50 mm, thanh thường không được uốn chút nào; CDA lưu ý rằng vẫn có thể làm được nếu ủ mềm cục bộ trước khi tạo hình.
Các con số đó vốn đã giả định những cấp độ cứng cao hơn, nên chúng là một sàn an toàn cho R240 và R290. Với R220 bạn có thể đi chặt hơn, nhưng hiếm khi có lý do để làm vậy. Điều mà các dải chiều dày không thể hiện là trục cấp độ cứng, nên trên thực tế một bảng làm việc trông giống thế này hơn:
| Chiều dày | R220 / H040 | R240 / H065 | R290 / H090 |
|---|---|---|---|
| ≤ 10 mm | 1 t | 1 t | 1 đến 1.5 t |
| 11–25 mm | 1 t | 1.5 t | 2 t |
| 26–50 mm | 1.5 t | 2 t | 2.5 t, cần kiểm chứng |
Hãy coi cột R220 và cột R290 là mang tính chỉ dẫn. Bảng của CDA là mốc neo đã được kiểm chứng; phần trải ra hai bên nó phản ánh thực hành thông thường của xưởng và nên được xác nhận trên một chi tiết mẫu đầu tiên cho từng tổ hợp vật liệu, chiều dày và khuôn dao.
Độ giãn dài xếp hạng các cấp độ cứng; nó không phải hạn mức biến dạng khi uốn
Biến dạng kỹ thuật tại thớ ngoài của một mối uốn suy trực tiếp ra từ hình học:
ε = t / (2R + t) = 1 / (2·(R/t) + 1)
Ở R/t = 1 thì đó là 33%. Ở R/t = 2 là 20%. Ở R/t = 4 là 11%. Đem so với cột độ giãn dài: R290 được quy định tối thiểu 4%, mà theo cách đọc ngây thơ thì sẽ đòi R/t trên 11 thì thớ ngoài mới sống nổi.
Thực tế không phải vậy, và biết vì sao sẽ ngăn người ta đặc tả bán kính quá dư. Một phép thử kéo đo độ giãn dài tới khi đứt trên một chiều dài đo đồng nhất, nơi cổ thắt được tự do hình thành và phát triển. Trong một mối uốn, biến dạng đỉnh chỉ tồn tại ở bề mặt ngoài trên một cung ngắn, và phần vật liệu chưa biến dạng xung quanh cản không cho cổ thắt nào phát triển. Vì thế biến dạng uốn đạt được vượt xa độ giãn dài khi kéo, và đó đúng là cách CDA có thể quy định 1 t cho đồng cứng đến chiều dày 10 mm trên một vật liệu có độ giãn dài 4%.
Hãy dùng con số độ giãn dài để xếp hạng các cấp độ cứng với nhau và để dự đoán cấp nào sẽ nứt trước. Đừng dùng nó như một hạn mức biến dạng khi uốn.
Hỏng hóc trông như thế nào
Nứt ở thớ ngoài tiến triển qua những giai đoạn nhận ra được, và bắt được nó ở giai đoạn đầu là cứu được cả lô.
Bề mặt sần vỏ cam đến trước. Bề mặt ngoài nhám lên thành một dạng nhìn thấy được khi từng hạt tinh thể biến dạng độc lập với nhau. Bản thân nó chỉ là chuyện bề ngoài, nhưng nó nói cho bạn biết thớ ngoài đã gần tới giới hạn, và nó tệ hơn khi hạt thô, mà hạt thô lại chính là triệu chứng của việc ủ quá mức.
Tiếp theo là các vết nứt tế vi ngang, chạy song song với trục uốn qua mặt ngoài. Trên một thanh đã mạ, chúng có thể chỉ hiện ra dưới dạng những chỗ đứt của lớp mạ. Đến lúc này chi tiết là phế phẩm, bởi vết nứt là một điểm tập trung ứng suất nằm đúng chỗ chịu tải mỏi cao nhất khi vận hành. Nứt xuyên là giai đoạn cuối và không cần mô tả thêm.
Ở mặt trong, kiểu hỏng thì khác: mất ổn định khi nén, hiện ra dưới dạng oằn hoặc nhăn. Trên một mối uốn phẳng, đó thường là dấu hiệu thanh không được đỡ đủ. Trên một mối uốn cạnh, nó là ràng buộc chi phối chứ không phải chuyện phát sinh phụ.
Uốn cạnh cần bán kính lớn hơn hẳn
Toàn bộ phần trên là cho uốn phẳng, nơi thanh gập qua chiều dày của nó và kích thước nhỏ chi phối biến dạng. Uốn cùng thanh đó theo chiều khó, qua bề rộng, thì hình học thay đổi hoàn toàn: thớ ngoài giờ nằm cách trục trung hòa nửa bề rộng thanh thay vì nửa chiều dày, còn thớ trong thì có một nhịp dài không được đỡ chịu nén.
Bằng chứng thực tế nằm trong các bảng năng lực máy. SMART-603CNC-S có định mức 260 × 20 mm khi uốn phẳng và 125 × 15 mm khi uốn cạnh, và việc cả hai kích thước gần như giảm một nửa là một quy luật bạn sẽ gặp ở thiết bị uốn thanh cái nói chung. Bán kính nhỏ nhất cho công việc uốn cạnh tính theo bội số bề rộng thanh, không phải chiều dày, và thường gấp vài lần con số của uốn phẳng. Bài so sánh uốn cạnh và uốn phẳng thanh cái bàn về phần cơ học và các phương án thiết kế thay thế.
Đừng mang một quy tắc bán kính của uốn phẳng sang áp cho một mối uốn cạnh. Đó là con đường nhanh nhất tới một mép ngoài bị nứt.
Phương thớ
Đồng cán và đồng kéo mang một định hướng tinh thể xếp theo phương gia công, và hệ quả là tính tạo hình có tính định hướng. Quy tắc chung từ tạo hình tấm vẫn áp dụng: mối uốn có trục vuông góc với phương cán là hướng thuận lợi, còn mối uốn có trục song song với phương cán là mối sẽ nứt.
Với thanh cái thông thường thì điều này có lợi cho bạn mà chẳng cần cố gắng gì. Thanh được cán hoặc kéo dọc theo chiều dài của nó, và một mối uốn ngang bình thường đặt trục uốn cắt ngang thanh, vuông góc với phương gia công. Bạn vốn đã ở hướng tốt.
Chỗ nó thôi còn tự động là thanh cắt ra từ tấm rộng hoặc xẻ dải từ cuộn, nơi chiều dài của thanh thành phẩm có thể không trùng với phương cán ban đầu. Nếu một nhà cung cấp thay thanh kéo bằng vật liệu xẻ dải thì hành vi khi uốn có thể đổi khác dù chứng chỉ đọc lên giống hệt nhau về độ bền. Đó là một lý do tốt để ghi cả dạng vật liệu, chứ không chỉ mác và cấp độ cứng, vào hồ sơ nguyên công uốn.
Đọc chứng chỉ nhà máy cán
Một chứng chỉ dùng được cho thanh cái mang mác và tiêu chuẩn, Cu-ETP CW004A theo EN 13601. Nó mang ký hiệu cấp độ cứng ở cả hai dạng khi nhà máy nêu cả hai, R240 / H065. Nó mang giới hạn bền kéo, độ giãn dài và độ cứng đo được, đối chiếu với số mẻ đúc hoặc số lô. Nó mang độ dẫn điện tính theo phần trăm IACS, mà với vật liệu ủ mềm phải đạt 100% trở lên và với vật liệu kéo nguội cứng thì ít nhất 97%, bởi biến dạng nguội lấy mất 2 đến 3% độ dẫn điện.
Thứ nó thường không mang, trừ khi bạn yêu cầu, là giới hạn chảy quy ước 0.2% đo được. Đó chính là con số mà phép tính đàn hồi ngược cần, và với R220 thì nó mang dải cho phép rộng nhất. Tiêu chuẩn đặt một trần cho giới hạn chảy quy ước của vật liệu mềm, không phải một sàn, nên hai thanh R220 đều phù hợp vẫn có thể chênh nhau hai lần về mức đàn hồi ngược. Nếu bạn chạy đồng mềm trong sản xuất, hãy ghi Rp0.2 đo được lên đơn hàng.
Điều cần kiểm tra nữa là chứng chỉ phải nói về lô hàng đã giao chứ không phải về một thử nghiệm điển hình. Chứng chỉ thử nghiệm điển hình rất phổ biến và không phải cùng một loại bằng chứng.
Khi nào ủ mềm là câu trả lời đúng
Có những trường hợp chính đáng. Thanh dày trên 50 mm, nơi ủ mềm cục bộ tại chỗ uốn trước khi tạo hình là con đường khả thi duy nhất. Làm lại một thanh đã tạo hình, nơi vùng uốn đã hóa bền biến dạng bởi nguyên công đầu và một mối uốn thứ hai tại cùng vị trí sẽ nứt. Bán kính rất chặt trên một công trình cải tạo, nơi thanh đã được cắt rồi và lựa chọn thay thế là bỏ đi.
Cũng có một trường hợp phổ biến mà không phải lý do chính đáng: mua thanh cứng vì đó là thứ nhà buôn sẵn có, rồi ủ mềm nó cho uốn được. Trình tự đó trả tiền cho biến dạng nguội, rồi lại trả tiền lần nữa để gỡ nó ra, và nó vứt bỏ những tính chất cơ học mà cấp độ cứng cao đang cung cấp. Thanh cứng chống được võng trên những nhịp dài không có gối đỡ và chống được biến dạng dư dưới lực điện động khi ngắn mạch. Ủ mềm cả thanh là bạn đã chẳng mua được tính tạo hình của R220 lẫn độ cứng vững của R290.
Có hai ràng buộc kỹ thuật cần xét trước khi bạn quyết định ủ mềm. Cu-ETP mềm dần đi từ khoảng trên 150 °C, và một quy trình ủ kết tinh lại hoàn toàn thường chạy quanh 400 °C, nơi quá trình kết tinh lại về cơ bản hoàn tất trong vài phút. Giữ nhiệt lâu hơn làm hạt thô ra, mà hạt thô thì cho bề mặt sần vỏ cam ở mối uốn kế tiếp, nên một mẻ ủ dài có thể làm bề mặt xấu đi trong khi làm vật liệu mềm hơn.
Ràng buộc thứ hai là riêng của mác này. Cu-ETP có chứa oxy dư. Ủ nó trong môi trường có hydro thì hydro khuếch tán vào, khử các tạp chất oxit và tạo hơi nước tại biên hạt, làm vật liệu giòn đi không hồi phục được. EN 13601 mang một yêu cầu về việc không bị giòn hydro chính vì lý do này. Nếu ủ mềm là một phần quy trình của bạn, hãy kiểm soát môi trường lò hoặc đặc tả một mác đồng không oxy thay thế.
Viết đơn hàng
Bộ tối thiểu cho một đơn hàng thanh cái là mác và tiêu chuẩn, ký hiệu cấp độ cứng, tiết diện, dạng vật liệu, và yêu cầu về chứng chỉ. Thêm giới hạn chảy quy ước đo được chẳng tốn của nhà máy cán đồng nào và loại bỏ nguồn gây trôi lớn nhất trong việc uốn. Nếu một thanh sắp lên máy uốn có bảng bù đàn hồi ngược lưu sẵn thì mã cấp độ cứng chính là khóa tra của bảng đó, và một cấp độ cứng không được nêu nghĩa là bảng không có mục nào hợp lệ.
Cấp độ cứng cũng không ảnh hưởng gì tới khả năng tải dòng, vốn do tiết diện, cách bố trí và môi trường nhiệt quyết định; nếu đó mới là ràng buộc bạn đang làm việc theo thì công cụ tính khả năng tải dòng của thanh cái xử lý nó độc lập với việc thanh đã được gia công ra sao. Hai quyết định này tách rời được, và giữ chúng tách rời sẽ ngăn các lập luận về tính tạo hình rò rỉ sang các lập luận về chọn tiết diện.