紫铜退火工艺研究

一紫铜管压型开裂分析情况描叙

2011年7月13日，我公司的产品压扣2（）在南车电机由用户压接后出现一起开裂现象，14号由我公司提供了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。图片如下：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。

漏气真空炉退火图修善后真空退火图

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，

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

情况描叙

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。如下图所示

镀银后起皮、露铜

理论分析及试验

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φ37X4.5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，试验效果如下图：

620℃～650℃，保温120分钟退火效果图

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。试验效果如下图所示

520℃～550℃，保温90分钟退火效果图

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。试验效果如下图所示

450℃～480℃，保温90分钟退火效果图

结论

通过试验我们可以得出结论，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。