摘要：對紫銅管退火后產(chǎn)生氧化、開裂的原因及改進措施進行分析探討，采用井式真空保護氣氛進行光亮退火代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工藝方案，使紫銅管退火后產(chǎn)生氧化、開裂的現(xiàn)象得到顯著改善。

關鍵詞：紫銅管；退火；氧化；開裂；光亮退火中圖分類號：TM623  文獻標識碼：A文章編號：11-5004（2018）07-0262-2

國標牌號T2銅因其具有良好的導電性、導熱性及相比無氧銅的經(jīng)濟性，成為制作機車電纜連接附件銅管接線頭的***原材料。采購時，為便于運輸、避免轉(zhuǎn)運、存儲過程中可能產(chǎn)生的堆壓變形現(xiàn)象，交貨時狀態(tài)定為硬態(tài)（Y)。為保證其具有良好的加工塑性，需在壓制成型前進行退火，去除內(nèi)應力，消除加工硬化，獲得良好的塑性和晶粒組織，以確保壓制成型時不產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。本文主要探討銅管經(jīng)箱式電阻爐退火后，出現(xiàn)銅管表面氧化嚴重、開裂等現(xiàn)象，分析其產(chǎn)生原因，并通過改進設備，采用井式真空爐，通過預抽真空，加保護氣氛的方案，經(jīng)試驗對比后，使氧化嚴重、以及開裂等現(xiàn)象得到顯著改善。

1.退火氧化、開裂原因分析

T2銅主要化學成份見表1，力學性能指標見表2。

在沒有改進退火設備之前，采用小型箱式電阻爐進行高溫快速加熱（溫度700℃，保溫15分鐘）退火，冷卻方式為水冷，單爐裝爐量根據(jù)銅管規(guī)格大小不同，每爐大約在500件~1000件之間，裝爐方式為混裝堆放。按照此工藝，加工出的產(chǎn)品具有氧化皮嚴重、晶粒粗大，壓型開裂等缺點。

1.1氧化現(xiàn)象原因分析

銅在還原氣氛中退火，易與空氣中的氧氣發(fā)生反應，產(chǎn)生氧化銅，其化學反應式為：2Cu+O2==2CuO，即通常所說的氧化現(xiàn)象。箱式電阻爐加熱時，因為不是在真空狀態(tài)下，爐內(nèi)介質(zhì)主要為空氣，經(jīng)高溫加熱后，紫銅管易與空氣中的氧、二氧化碳、水蒸汽等發(fā)生反應形成氧化膜。由于裝爐前，銅管表面被油污染，連續(xù)退火后，爐內(nèi)所積累的油煙雜質(zhì)、灰塵、炭黑等物質(zhì)無法循環(huán)排出，造成氧化現(xiàn)象越來越嚴重。另外出爐溫度過高（我公司箱式電阻爐退火出爐溫度約為700℃），銅與空氣接觸后迅速產(chǎn)生氧化，也是造成銅管表面氧化的主要原因。

1.2開裂現(xiàn)象原因分析

造成開裂的主要原因是由于退火溫度過高，獲得粗大的晶粒組織，溶解于金屬中的氫氣與殘留與晶界上的氧化亞銅共晶起還原作用，如下式：Cu2O+H2=2Cu+H2O↑，產(chǎn)生的水汽向外逸散，超過晶界強度，***終產(chǎn)生裂紋，即“氫脆”現(xiàn)象。另外由于裝爐方式為自由混放，裝爐量以追求***大生產(chǎn)效率為前題，銅管在爐內(nèi)受熱不均勻，造成退火不完全，晶粒間留有殘余應力，也是導致壓型開裂的原因之一。

2.改善措施

氧化現(xiàn)象使電氣連接存在隱患，降低導電率，造成電氣連接故障，嚴重時影響機車正常運行；企業(yè)需增加酸洗工序去除氧化層，增加企業(yè)成本及延遲交貨周期。開裂現(xiàn)象產(chǎn)生較多的報廢

率，使企業(yè)承擔更多的經(jīng)濟損失。為了徹底改善氧化嚴重及開裂現(xiàn)象，需對退火工藝進行完善。

起初，我們采用箱式電阻爐里鋪設木炭粉，經(jīng)燃燒獲得二氧化碳保護氣氛的方法，雖然效果顯著，但因操作不方便，污染嚴重，而不能批量使用。此后，主要采取用井式爐預抽真空加保護氣氛退火工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的箱式退火的方案，***終消除了困擾企業(yè)多年的退火氧化及開裂現(xiàn)象。

井式真空退火爐主要結構由爐膛、爐膽、溫控柜、真空泵幾個部分組成，其主要工作原理為先對爐膽進行預抽真空至-0.1Mpa，然后通過爐膽蓋進氣口充入0.02Mpa~0.04Mpa氮氣，

作為保護氣氛，從而實現(xiàn)光亮退火。其中重要部件圓形爐膽材質(zhì)為310S耐高溫不銹鋼，膽壁厚10mm，其上法蘭有硅橡膠密封圈。膽口法蘭30mm厚，材質(zhì)為310S耐高溫不銹鋼，罐底為橢圓封頭。加熱元件材質(zhì)為Cr20Ni80鎳鉻電阻帶，分上、中、下三區(qū)環(huán)形分布于爐膛內(nèi)，使熱輻射均勻作用到爐膽。同時爐膛采用全纖維節(jié)能爐襯，與砌筑耐火磚相比，節(jié)電20%以上，達到節(jié)能降耗的目的同時，減輕爐膛重量、蓄熱量小，升溫快。閉式冷卻塔為爐膽蓋密封圈提供循環(huán)水冷卻，延長密封圈使用壽命，保證真空度及密封效果。爐膽蓋設排氣閥，用于加熱過程中的壓力調(diào)節(jié)，保證爐內(nèi)氣壓穩(wěn)定于0.1Mpa以下。

為保證銅管在爐內(nèi)受熱均勻，考慮到裝爐、出爐方便性，采用退火工裝盤，將銅管逐一放置，互相不會發(fā)生碰撞，同時保證受熱均勻。多層裝爐，***大限度保證單爐工作效率，出爐時只需吊裝立柱，便可將整爐工件吊出，同時為保證生產(chǎn)的連續(xù)性，出爐時可吊裝下一爐工件入爐，充分利用爐內(nèi)余熱，縮短加熱時間，實現(xiàn)多班次連續(xù)作業(yè)。

3.井式真空退火工藝方法

3.1工藝步驟

（1）裝爐。將工件裝入退火工裝架，吊入爐膽，并蓋好爐膽蓋，擰緊螺絲。再將爐膽吊入爐膛。

（2）抽真空。將真空泵與進氣口連接，預抽真空當爐膽內(nèi)壓力接近-0.1Mpa即可停止抽氣，并記錄抽真空所用的時間，抽真空時間不超過6分鐘，若超出需檢查設備。保壓5分鐘，觀察壓力表不得有變化，否則需檢漏。

（3）充氮氣。接通進氣口充入氮氣，當壓力表指示在0.02Mpa~0.04Mpa之間即可停止充氣。觀察壓力表不得有變化，否則需檢漏。

（4）加熱并保溫。設定加熱溫度450度~500度，保溫時間120分鐘。加熱期間需注意觀察壓力表，注意控制壓力，確保爐膽內(nèi)壓力控制在0.1Mpa以下且不低于0.05Mpa，以免發(fā)生因爐膽內(nèi)氣壓隨爐溫升高而引起的過度膨脹而導致的炸爐，或氣壓過低導致空氣倒流入爐膽使退火件氧化。隨爐冷卻至≤50℃方可開爐蓋，取出工件。

4.效果驗證

采用井式爐預抽真空，加保護氣氛退火工藝后，氧化現(xiàn)象得到徹底改善（如圖1、圖2），為企業(yè)省去一道酸洗工序。開裂現(xiàn)象也大幅下降，由原來15%的開裂報廢率下降到2%。

5.結語

開裂現(xiàn)象直接導致產(chǎn)品報廢，每年由于開裂造成的產(chǎn)品報廢率約占產(chǎn)品總量的5%~20%；氧化現(xiàn)象影響紫銅管的表面質(zhì)量，影響接線頭的導電性能。通過以上改進措施，開裂現(xiàn)象下降到2%、氧化現(xiàn)象得到徹底改善，產(chǎn)品質(zhì)量得到大幅度提升。

來源：中國知網(wǎng)   作者：胡敏

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