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一紫銅管壓型開裂分析

　　情況描敘

　　2011年7月13日，我公司的產(chǎn)品壓扣2（2A80200669G00）在南車電機由用戶壓接后出現(xiàn)一起開裂現(xiàn)象，14號由我公司提供了10件相同產(chǎn)品，經(jīng)試壓后再次出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。該產(chǎn)品的退火設(shè)備為真空退火爐，退火溫度為620～650℃，保溫120分鐘，裝爐方式為插裝，單爐數(shù)量約為300件。圖片如下：

　　后續(xù)我們采用了箱式退火爐，退火溫度設(shè)定為700℃，保溫90分鐘，單爐退火數(shù)量約為50件左右，退火后壓扁也有部分開裂。這一批次的紫銅退火后表面氧化嚴重，且開裂的銅管表面多有氣泡、粗拉道且表面有較大晶粒。這些癥狀是紫銅管在還原性氣體中退火后的常見一種毛病，名為“氫病”，其化學反應(yīng)方程式如下

　　Cu20+CO→2Cu+CO2↑(1)

　　Cu20+H2→2Cu+H2O↑（2）

　　在反應(yīng)中生成的CO2、H2O在晶界上聚積，銅中含O元素較多時，生成的氣體壓力超過晶界強度，導致晶體開裂。

　　原因分析：

　　真空退火或箱式退火均是沿用以前的工藝，退火溫度設(shè)定，保溫時間及冷卻方式都沒有問題，而恰巧該批銅管材料為新進材料，和以往并非同批次。我們可以初步判定這批材料含O元素較高。促使了氫病的產(chǎn)生。

　　問題1：真空爐退火怎么也會產(chǎn)生氫病？

　　真空退火爐的工作原理是，在真空中對紫銅管進行退火，以防止紫銅管中的O元素與空氣中H、C元素等發(fā)生反應(yīng)。

　　然而我們觀察發(fā)現(xiàn)真空退火爐密封槽上有大量金屬銹跡，且密封墊圈存在有缺口、劃痕、毛刺等，這將嚴重影響真空爐氣密性。無法達到真空退火的效果。

　　在后續(xù)的工作中，我們更換了密封膠條，并鏟除了密封槽里的鐵銹，并采用填充氮氣的工藝對一批材料取樣重新進行退火并壓型.對比如下圖。

　　從圖中可以看出修善后真空爐退火后壓型無開裂，且表面無黑色氧化物。

　　問題2：為何箱式退火開裂情況會比真空退火少？

　　箱式退火爐沒有抽真空，也并非密封無法杜絕（1）、（2）化學反應(yīng)，理論上應(yīng)該開裂更嚴重，然而箱式退火保溫時間為90分鐘，保溫結(jié)束后采取迅速水冷。而真空退火爐保溫時間為120分鐘，保溫結(jié)束后進行自然冷卻，時間為4小時，總時間為6小時，

　　在真空爐漏氣的情況下箱式退火的時間遠遠小于“真空爐”退火，大大縮短了（1）、（2）反應(yīng)的時間，從而箱式退火效果要比漏氣的真空爐退火效果好。

　　總結(jié)

　　通過各種對比試驗，我們論證了銅管壓型開裂的問題所在:

　　1.真空退火爐密封槽上有大量金屬銹跡，且密封墊圈存在有缺口、劃痕、毛刺等嚴重影響真空爐氣密性。無法達到真空退火的效果。

　　2.該批次材料中氧含量較高，促使了退火中“氫病”的產(chǎn)生。

　　改進措施：

　　1.對真空爐的修善（已解決）

　　2.從材料上控制。和供應(yīng)商協(xié)商，用無氧紫銅替代以前的T2-Y。

　　二紫銅管真空退火工藝優(yōu)化

　　情況描敘

　　在我們的紫銅管壓型開裂分析中，我們發(fā)現(xiàn)了一個附帶問題，高溫退火后，產(chǎn)品表面出現(xiàn)晶粒，非常粗糙。這不僅影響產(chǎn)品美觀，更會在鍍銀后引起皮、露銅等現(xiàn)象。如下圖所示

鍍銀后起皮、露銅

　　理論分析及試驗

　　我們需要的優(yōu)化后的工藝是要求退火后，銅管內(nèi)部晶粒組織細小（內(nèi)部晶粒組織細小則外表光滑、鍍銀后不易起皮及露銅）且硬度低于60HB(硬度低適于壓型)。由于退火溫度不同，導致紫銅的微觀組織及硬度不同：退火溫度低的，硬度高，組織細而密，不易于壓力加工；退火溫度高的硬度低，組織粗而大，易于壓型，但影響外觀。我們的目的是找一個最佳的退火溫度，確保晶粒細小且硬度合適。為此，我們用φ37X4.5的材料做了以下三組試驗

　　1.真空退火爐，退火溫度為620℃～650℃，保溫120分鐘，裝爐方式為插裝，單爐數(shù)量約為6件.測試硬度為54HB，試驗效果如下圖：

620℃～650℃，保溫120分鐘退火效果圖

　　2.真空退火爐，退火溫度為520～550℃，保溫90分鐘，裝爐方式為插裝，單爐數(shù)量約為6件.測試硬度為39HB。試驗效果如下圖所示

520℃～550℃，保溫90分鐘退火效果圖

　　3.真空退火爐，退火溫度為450℃～480℃，保溫90分鐘，裝爐方式為插裝，單爐數(shù)量約為6件.測試硬度為37HB。試驗效果如下圖所示

450℃～480℃，保溫90分鐘退火效果圖

　　結(jié)論

　　通過試驗我們可以得出結(jié)論，三組試驗所測的硬度分別為39HB、37HB、54HB均能夠滿足硬度≤60HB，且溫度越低表面越光滑。因此在今后的退火工藝中我們可以適當降低退火溫度及保溫時間，以減少退火時表面氧化物的產(chǎn)生，起皮及鍍銀后露銅現(xiàn)象的產(chǎn)生。