紫銅管壓型開裂原因分析，實例分析，專業技術

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。

　　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，

　　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。

　　還有一個重要點就是要選擇優質紫銅管產品，什么樣的是好的，這里可提供有效參考：紫銅管產品