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紫铜管压型开裂原因分析,实例分析,专业技术

[ 关键词:紫铜管压型开裂原因分析 发表日期:2020-07-15 09:02:17 ]

一、紫铜管压型开裂分析

情况描述:

  一客户在使用我厂紫铜管时,由用户压接后出现一起开裂现象,后由我公司提供了 10 件相同产品,经试压后再次出现开裂现象。该产品的退火设备为真空退火炉,退火温度为 620~ 650℃,保温 120 分钟,装炉方式为插装,单炉数量约为 300 件。后续我们采用了箱式退火炉,退火温度设定为 700℃,保温 90 分钟,单炉退火数量约为 50 件左右,退火后压扁也有部分开裂。 这一批次的紫铜退火后表面氧化严重,且开裂的铜管表面多有气泡、粗拉道且表面有较大晶粒。 这些症状是紫铜管在还原性气体中退火后的常见一种毛病, 名为“氢病” , 其化学反应方程式如下:

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

在反应中生成的 CO2、H2O 在晶界上聚积,铜中含 O 元素较多时,生成的气体压力超过晶界强度,导致晶体开裂。

原因分析:

  真空退火或箱式退火均是沿用以前的工艺,退火温度设定,保温时间及冷却方式都没有问题,而恰巧该批铜管材料为新进材料,和以往并非同批次。我们可以初步判定这批材料含 O 元素较高。促使了氢病的产生。

问题 1:真空炉退火怎么也会产生氢病?

  真空退火炉的工作原理是,在真空中对紫铜管进行退火,以防止紫铜管中的 O 元素与空气中 H、C 元素等发生反应。然而我们观察发现真空退火炉密封槽上有大量金属锈迹,且密封垫圈存在有缺口、划痕、毛刺等,这将严重影响真空炉气密性。无法达到真空退火的效果。

  在后续的工作中,我们更换了密封胶条,并铲除了密封槽里的铁锈,并采用填充氮气的工艺对一批材料取样重新进行退火并压型 .对比如下图。

紫铜管压型开裂原因分析

  从图中可以看出 修善后真空炉退火后压型无开裂 ,且表面无黑色氧化物。

问题 2:为何箱式退火开裂情况会比真空退火少?

  箱式退火炉没有抽真空,也并非密封无法杜绝(1)、(2)化学反应,理论上应该开裂更严重,然而箱式退火保温时间为 90分钟,保温结束后采取迅速水冷。而真空退火炉保温时间为 120 分钟,保温结束后进行自然冷却,时间为 4 小时,总时间为 6 小时,

退火方式 保温时间 冷却时间 总时间
真空退火 2 小时 取出真空胆,
在真空胆中自然冷却(4小时)
6 小时
箱式退火 1.5 小时 水冷 1.5 小时

  在真空炉漏气的情况下 箱式退火的时间远远小于“真空炉”退火,大大缩短了(1)、(2)反应的时间,从而箱式退火效果要比漏气的真空炉退火效果好。

总结:

  通过各种对比试验 ,我们论证了铜管压型开裂的问题所在:

1.真空退火炉密封槽上有大量金属锈迹,且密封垫圈存在有缺口、划痕、毛刺等严重影响真空炉气密性。无法达到真空退火的效果。

2.该批次材料中氧含量较高,促使了退火中“氢病”的产生。

改进措施:

1.对真空炉的修善(已解决)

2.从材料上控制。和供应商协商,用无氧紫铜替代以前的 T2-Y 。

二、紫铜管真空退火工艺优化

情况描述:

  在我们的紫铜管压型开裂分析中,我们发现了一个附带问题,高温退火后,产品表面出现晶粒,非常粗糙。这不仅影响产品美观,更会在镀银后引起皮、露铜等现象。

  我们需要的优化后的工艺是要求退火后,铜管内部晶粒组织细小(内部晶粒组织细小则外表光滑、镀银后不易起皮及露铜)且硬度低于 60HB( 硬度低适于压型 )。由于退火温度不同,导致紫铜的微观组织及硬度不同:退火温度低的,硬度高,组织细而密,不易于压力加工 ;退火温度高的硬度低,组织粗而大,易于压型,但影响外观。我们的目的是找一个最佳的退火温度,确保晶粒细小且硬度合适。为此,我们用 φ 37X4.5 的材料做了以下三组试验:

1. 真空退火炉,退火温度为 620℃~ 650℃,保温 120 分钟,装炉方式为插装,单炉数量约为 6 件. 测试硬度为 54HB。

2. 真空退火炉,退火温度为 520~ 550℃,保温 90 分钟,装炉方式为插装,单炉数量约为 6 件. 测试硬度为 39HB。

3. 真空退火炉,退火温度为 450℃~ 480℃,保温 90 分钟,装炉方式为插装,单炉数量约为 6 件. 测试硬度为 37HB。

结论:

  通过试验我们可以得出,三组试验所测的硬度分别为 39HB、37HB 、54HB 均能够满足硬度≤ 60HB ,且温度越低表面越光滑。因此在今后的退火工艺中我们可以适当降低退火温度及保温时间,以减少退火时表面氧化物的产生,起皮及镀银后露铜现象的产生。

  还有一个重要点就是要选择优质紫铜管产品,什么样的是好的,这里可提供有效参考:紫铜管产品