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紫銅管退火氧化、開裂工藝改善,從銅管氧化現(xiàn)象、開裂現(xiàn)象、改善措施以及工藝步驟等進(jìn)行詳細(xì)分析

發(fā)布時(shí)間:2021-05-10點(diǎn)擊:6429

摘要:對紫銅管退火后產(chǎn)生氧化、開裂的原因及改進(jìn)措施進(jìn)行分析探討,采用井式真空保護(hù)氣氛進(jìn)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(guān)鍵詞:紫銅管;退火;氧化;開裂;光亮退火中圖分類號:TM623  文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:11-5004(2018)07-0262-2

國標(biāo)牌號T2銅因其具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性及相比無氧銅的經(jīng)濟(jì)性,成為制作機(jī)車電纜連接附件銅管接線頭的***原材料。采購時(shí),為便于運(yùn)輸、避免轉(zhuǎn)運(yùn)、存儲(chǔ)過程中可能產(chǎn)生的堆壓變形現(xiàn)象,交貨時(shí)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(jìn)行退火,去除內(nèi)應(yīng)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(shí)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(yán)重、開裂等現(xiàn)象,分析其產(chǎn)生原因,并通過改進(jìn)設(shè)備,采用井式真空爐,通過預(yù)抽真空,加保護(hù)氣氛的方案,經(jīng)試驗(yàn)對比后,使氧化嚴(yán)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(xué)成份見表1,力學(xué)性能指標(biāo)見表2。

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在沒有改進(jìn)退火設(shè)備之前,采用小型箱式電阻爐進(jìn)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(yán)重、晶粒粗大,壓型開裂等缺點(diǎn)。

1.1氧化現(xiàn)象原因分析

在還原氣氛中退火,易與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生氧化銅,其化學(xué)反應(yīng)式為:2Cu+O2==2CuO,即通常所說的氧化現(xiàn)象。箱式電阻爐加熱時(shí),因?yàn)椴皇窃谡婵諣顟B(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(yīng)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(yán)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(qiáng)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(yīng)力,也是導(dǎo)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(dǎo)電率,造成電氣連接故障,嚴(yán)重時(shí)影響機(jī)車正常運(yùn)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(bào)廢

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

起初,我們采用箱式電阻爐里鋪設(shè)木炭粉,經(jīng)燃燒獲得二氧化碳保護(hù)氣氛的方法,雖然效果顯著,但因操作不方便,污染嚴(yán)重,而不能批量使用。此后,主要采取用井式爐預(yù)抽真空加保護(hù)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(jié)構(gòu)由爐膛、爐膽、溫控柜、真空泵幾個(gè)部分組成,其主要工作原理為先對爐膽進(jìn)行預(yù)抽真空至-0.1Mpa,然后通過爐膽蓋進(jìn)氣口充入0.02Mpa~0.04Mpa氮?dú)猓?/span>

作為保護(hù)氣氛,從而實(shí)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(shí)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(dá)到節(jié)能降耗的目的同時(shí),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(shè)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(huì)發(fā)生碰撞,同時(shí)保證受熱均勻。多層裝爐,***大限度保證單爐工作效率,出爐時(shí)只需吊裝立柱,便可將整爐工件吊出,同時(shí)為保證生產(chǎn)的連續(xù)性,出爐時(shí)可吊裝下一爐工件入爐,充分利用爐內(nèi)余熱,縮短加熱時(shí)間,實(shí)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(jìn)氣口連接,預(yù)抽真空當(dāng)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(shí)間,抽真空時(shí)間不超過6分鐘,若超出需檢查設(shè)備。保壓5分鐘,觀察壓力表不得有變化,否則需檢漏。

3)充氮?dú)狻=油ㄟM(jìn)氣口充入氮?dú)猓?dāng)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(shè)定加熱溫度450度~500度,保溫時(shí)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(dǎo)致的炸爐,或氣壓過低導(dǎo)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(yàn)證

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采用井式爐預(yù)抽真空,加保護(hù)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(bào)廢率下降到2%。

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5.結(jié)語

開裂現(xiàn)象直接導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢,每年由于開裂造成的產(chǎn)品報(bào)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(dǎo)電性能。通過以上改進(jìn)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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