一紫銅管壓型開(kāi)裂分析
情況描敘
2011年7月13日，我公司的產(chǎn)品壓扣2（2A80200669G00）在南車(chē)電機(jī)由用戶壓接后出現(xiàn)一起開(kāi)裂現(xiàn)象，14號(hào)由我公司提供了10件相同產(chǎn)品，經(jīng)試壓后再次出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。該產(chǎn)品的退火設(shè)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(shù)量約為300件。圖片如下：
后續(xù)我們采用了箱式退火爐，退火溫度設(shè)定為700℃，保溫90分鐘，單爐退火數(shù)量約為50件左右，退火后壓扁也有部分開(kāi)裂。這一批次的紫銅退火后表面氧化嚴(yán)重，且開(kāi)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(jiàn)一種毛病，名為“氫病”，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下
Cu20+CO→2Cu+CO2↑(1)
Cu20+H2→2Cu+H2O↑（2）
在反應(yīng)中生成的CO2、H2O在晶界上聚積，銅中含O元素較多時(shí)，生成的氣體壓力超過(guò)晶界強(qiáng)度，導(dǎo)致晶體開(kāi)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(shè)定，保溫時(shí)間及冷卻方式都沒(méi)有問(wèn)題，而恰巧該批銅管材料為新進(jìn)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(chǎn)生。
問(wèn)題1：真空爐退火怎么也會(huì)產(chǎn)生氫病？
真空退火爐的工作原理是，在真空中對(duì)紫銅管進(jìn)行退火，以防止紫銅管中的O元素與空氣中H、C元素等發(fā)生反應(yīng)。
然而我們觀察發(fā)現(xiàn)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(yán)重影響真空爐氣密性。無(wú)法達(dá)到真空退火的效果。
在后續(xù)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?dú)獾墓に噷?duì)一批材料取樣重新進(jìn)行退火并壓型.對(duì)比如下圖。
從圖中可以看出修善后真空爐退火后壓型無(wú)開(kāi)裂，且表面無(wú)黑色氧化物。
問(wèn)題2：為何箱式退火開(kāi)裂情況會(huì)比真空退火少？
箱式退火爐沒(méi)有抽真空，也并非密封無(wú)法杜絕（1）、（2）化學(xué)反應(yīng)，理論上應(yīng)該開(kāi)裂更嚴(yán)重，然而箱式退火保溫時(shí)間為90分鐘，保溫結(jié)束后采取迅速水冷。而真空退火爐保溫時(shí)間為120分鐘，保溫結(jié)束后進(jìn)行自然冷卻，時(shí)間為4小時(shí)，總時(shí)間為6小時(shí)，
退火方式 | 保溫時(shí)間 | 冷卻時(shí)間 | 總時(shí)間 |
真空退火 | 2小時(shí) | 取出真空膽 在真空膽中自然冷卻（4小時(shí)） | 6小時(shí) |
箱式退火 | 1.5小時(shí) | 水冷 | 1.5小時(shí) |
在真空爐漏氣的情況下箱式退火的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于“真空爐”退火，大大縮短了（1）、（2）反應(yīng)的時(shí)間，從而箱式退火效果要比漏氣的真空爐退火效果好。
總結(jié)
通過(guò)各種對(duì)比試驗(yàn)，我們論證了銅管壓型開(kāi)裂的問(wèn)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(yán)重影響真空爐氣密性。無(wú)法達(dá)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(chǎn)生。
改進(jìn)措施：
1.對(duì)真空爐的修善（已解決）
2.從材料上控制。和供應(yīng)商協(xié)商，用無(wú)氧紫銅替代以前的T2-Y。
二紫銅管真空退火工藝優(yōu)化
情況描敘
在我們的紫銅管壓型開(kāi)裂分析中，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)附帶問(wèn)題，高溫退火后，產(chǎn)品表面出現(xiàn)晶粒，非常粗糙。這不僅影響產(chǎn)品美觀，更會(huì)在鍍銀后引起皮、露銅等現(xiàn)象。如下圖所示
鍍銀后起皮、露銅
理論分析及試驗(yàn)
我們需要的優(yōu)化后的工藝是要求退火后，銅管內(nèi)部晶粒組織細(xì)小（內(nèi)部晶粒組織細(xì)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(dǎo)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(xì)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(gè)最佳的退火溫度，確保晶粒細(xì)小且硬度合適。為此，我們用φ37X4.5的材料做了以下三組試驗(yàn)
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(shù)量約為6件.測(cè)試硬度為54HB，試驗(yàn)效果如下圖：
620℃～650℃，保溫120分鐘退火效果圖
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(shù)量約為6件.測(cè)試硬度為39HB。試驗(yàn)效果如下圖所示
520℃～550℃，保溫90分鐘退火效果圖
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(shù)量約為6件.測(cè)試硬度為37HB。試驗(yàn)效果如下圖所示
450℃～480℃，保溫90分鐘退火效果圖
結(jié)論
通過(guò)試驗(yàn)我們可以得出結(jié)論，三組試驗(yàn)所測(cè)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(dāng)降低退火溫度及保溫時(shí)間，以減少退火時(shí)表面氧化物的產(chǎn)生，起皮及鍍銀后露銅現(xiàn)象的產(chǎn)生。
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