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紫銅管壓型開裂原因分析,實例分析,專業技術

[ 關鍵詞:紫銅管壓型開裂原因分析 發表日期:2021-07-15 09:02:17 ]

一、紫銅管壓型開裂分析

情況描述:

  一客戶在使用我廠紫銅管時,由用戶壓接后出現一起開裂現象,后由我公司提供了 10 件相同產品,經試壓后再次出現開裂現象。該產品的退火設備為真空退火爐,退火溫度為 620~ 650℃,保溫 120 分鐘,裝爐方式為插裝,單爐數量約為 300 件。后續我們采用了箱式退火爐,退火溫度設定為 700℃,保溫 90 分鐘,單爐退火數量約為 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” , 其化學反應方程式如下:

Cu20+CO → 2Cu+CO2 ↑ (1) Cu20+H2 → 2Cu+H2O ↑ (2)

在反應中生成的 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。促使了氫病的產生。

問題 1:真空爐退火怎么也會產生氫病?

  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 元素等發生反應。然而我們觀察發現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。

紫銅管壓型開裂原因分析

  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,理論上應該開裂更嚴重,然而箱式退火保溫時間為 90分鐘,保溫結束后采取迅速水冷。而真空退火爐保溫時間為 120 分鐘,保溫結束后進行自然冷卻,時間為 4 小時,總時間為 6 小時,

退火方式 保溫時間 冷卻時間 總時間
真空退火 2 小時 取出真空膽,
在真空膽中自然冷卻(4小時)
6 小時
箱式退火 1.5 小時 水冷 1.5 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:

  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。和供應商協商,用無氧紫銅替代以前的 T2-Y 。

二、紫銅管真空退火工藝優化

情況描述:

  在我們的紫銅管壓型開裂分析中,我們發現了一個附帶問題,高溫退火后,產品表面出現晶粒,非常粗糙。這不僅影響產品美觀,更會在鍍銀后引起皮、露銅等現象。

  我們需要的優化后的工藝是要求退火后,銅管內部晶粒組織細小(內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 φ 37X4.5 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,單爐數量約為 6 件. 測試硬度為 54HB。

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,單爐數量約為 6 件. 測試硬度為 39HB。

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,單爐數量約為 6 件. 測試硬度為 37HB。

結論:

  通過試驗我們可以得出,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生,起皮及鍍銀后露銅現象的產生。

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