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        退火態(tài)Φ7mm內(nèi)螺紋銅管組織和力學(xué)性能的研究

        2021-10-14 05:55:26劉錦平胡春暉
        銅業(yè)工程 2021年4期
        關(guān)鍵詞:力學(xué)性能工藝實(shí)驗(yàn)

        黃 震,余 琪,3,劉錦平,羅 欣,胡春暉

        (1.江西銅業(yè)加工事業(yè)部,江西 南昌 330096;2. 江西理工大學(xué) 材料冶金化學(xué)學(xué)部,江西 贛州 331000;3.中南大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,410083 湖南 長(zhǎng)沙)

        1 引言

        隨著空調(diào)制冷行業(yè)的快速發(fā)展,為了避免無氟制冷劑所帶來的高能耗、高污染等問題,內(nèi)螺紋銅管被廣泛應(yīng)用于空調(diào)和制冷行業(yè)[1]。隨著節(jié)材、節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展,下游制冷行業(yè)對(duì)內(nèi)螺紋銅管的要求由普通的空調(diào)銅管轉(zhuǎn)變?yōu)楸”?、大螺旋角等高效、?jié)能的內(nèi)螺紋銅管。由于薄壁內(nèi)螺紋銅管底壁薄,在生產(chǎn)拉拔過程中加工精度難控制,而在客戶使用過程中加工困難,因底壁薄在U形彎管的過程容易出現(xiàn)彎皺和開裂。近年來,國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者對(duì)薄壁內(nèi)螺紋銅管進(jìn)行了研究,陳進(jìn)方[2]等分析了內(nèi)螺紋銅管螺紋不均的產(chǎn)生機(jī)理以及對(duì)后續(xù)使用的影響和應(yīng)對(duì)措施,倪雪輝[3]等利用有限元模擬分析了芯桿對(duì)薄壁內(nèi)螺紋銅管彎曲質(zhì)量的影響,王旭[4]等探究了模具轉(zhuǎn)速、模具進(jìn)給速度與銅管壁厚3個(gè)參數(shù)對(duì)薄壁銅管縮徑成形質(zhì)量的影響,王松偉[5]等研究了退火工藝對(duì)薄壁銅管的組織和織構(gòu)的影響規(guī)律,王松偉[6]還研究了薄壁銅管彎曲后缺陷的分析控制。

        本文以Ф7×0.22×0.13mmTP2內(nèi)螺紋銅管為研究對(duì)象,通過金相組織觀察分析和力學(xué)性能測(cè)試等手段,研究退火態(tài)Ф7mmTP2薄壁內(nèi)螺紋銅管晶粒尺寸、組織、力學(xué)性能的影響規(guī)律,探索Ф7mmTP2內(nèi)螺紋銅管最佳退火工藝。

        2 材料與方法

        實(shí)驗(yàn)用Φ7mm內(nèi)螺紋銅管取自JT公司,且樣品來自同一鑄坯,以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可比較性和準(zhǔn)確性。Φ7mm內(nèi)螺紋銅管切取32段(200mm/段)在不同的退火工藝條件下在箱式退火實(shí)驗(yàn)爐內(nèi)進(jìn)行退火,采用DM2500金相顯微鏡金相顯微鏡觀察分析樣品的金相組織,采用美特斯ExceedModelE45萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試樣品的延伸率和抗拉強(qiáng)度,采用HV-5顯微維氏硬度計(jì)測(cè)試樣品的維氏硬度。

        3 結(jié)果與討論

        3.1 退火工藝對(duì)銅管顯微組織的影響

        分析了退火溫度分別為:440℃、460℃、480℃、500℃;保溫時(shí)間分別為:31min、33min、35min、37min退火工藝下Φ7內(nèi)螺紋銅管晶粒組織的變化規(guī)律。對(duì)每一個(gè)工藝條件下的晶粒大小采用DM2500金相顯微鏡進(jìn)行了觀測(cè)和分析。其晶粒尺寸統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示,不同退火工藝條件下的金相組織如圖2、圖3、圖4所示。

        圖3 460℃退火溫度下金相組織

        圖4 480℃退火溫度下金相組織

        圖24 40℃退火溫度下金相組織

        由圖可知,440~500℃的四條曲線呈隨保溫時(shí)間的增加逐漸上升的趨勢(shì),實(shí)驗(yàn)試樣的晶粒尺寸隨保溫時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸增大,隨著保溫時(shí)間的增長(zhǎng),晶粒長(zhǎng)大趨勢(shì)逐漸減小,慢慢趨于穩(wěn)定。在同一保溫時(shí)間條件下,晶粒尺寸也是隨退火溫度上升而增加的。

        3.2 退火工藝對(duì)力學(xué)性能的影響

        內(nèi)螺紋銅管的下游客戶(空調(diào)廠家)對(duì)銅管的力學(xué)性能提出了更高的要求,要求具有優(yōu)良的延伸性能、抗拉強(qiáng)度和硬度等。根據(jù)前述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果分析,發(fā)現(xiàn)440~480℃時(shí)的晶粒尺寸相對(duì)于500℃的晶粒尺寸較為細(xì)小,對(duì)這幾個(gè)不同加熱溫度的實(shí)驗(yàn)試樣進(jìn)行了拉伸實(shí)驗(yàn)、硬度測(cè)試。拉伸實(shí)驗(yàn)對(duì)每個(gè)退火工藝條件測(cè)定了2組數(shù)據(jù),總共測(cè)量了32組數(shù)據(jù)。硬度測(cè)試對(duì)每個(gè)退火工藝條件測(cè)定了10組數(shù)據(jù),總共測(cè)量了160組數(shù)據(jù)。

        由圖可知,隨著退火溫度的升高,延伸率是先上升后下降的趨勢(shì),460℃時(shí)銅管延伸率較為穩(wěn)定上升,且延伸率較高,在480~500℃時(shí)延伸率有開始逐漸下降的趨勢(shì)。其原因與再結(jié)晶組織有關(guān)。

        由圖可知,在440~460℃銅管的抗拉強(qiáng)度在逐漸增加,在480~500℃銅管的抗拉強(qiáng)度在逐漸下降,但是在460℃時(shí)抗拉強(qiáng)度的波動(dòng)更小,其變化原因與退火后的組織有關(guān)。

        圖5 退火工藝對(duì)延伸率的影響

        圖6 退火工藝對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響

        圖7 退火工藝對(duì)硬度的影響

        由圖可知,隨著退火溫度的上升,銅管的硬度開始逐漸降低,是因?yàn)殡S著溫度上升,銅管晶粒逐漸長(zhǎng)大,晶粒越粗大,銅管的硬度、強(qiáng)度會(huì)下降。

        4 結(jié)論

        (1)在退火溫度為440℃、460℃時(shí),銅管的晶粒組織較為細(xì)小,但是在440℃,保溫時(shí)間31min、33min時(shí),銅管可能是沒有產(chǎn)生完全再結(jié)晶退火,只是發(fā)生了部分再結(jié)晶退火,是因?yàn)槔浼庸さ脑蚓Р攀沟昧P?。隨著溫度的升高,銅管發(fā)生完全再結(jié)晶,而在460~500℃時(shí),460℃的晶粒更細(xì)小。

        (2)隨著退火溫度的升高,銅管的延伸率、抗拉強(qiáng)度是先上升后下降的趨勢(shì),在480℃時(shí),銅管的延伸率波動(dòng)較大,抗拉強(qiáng)度也較小,在460℃時(shí),銅管的延伸率、抗拉強(qiáng)度較穩(wěn)穩(wěn)定,且兩者都較高。

        (3)采用退火溫度為460℃、保溫時(shí)間為37min的工藝對(duì)Ф7薄壁內(nèi)螺紋銅管進(jìn)行生產(chǎn),使得銅管表面質(zhì)量較為優(yōu)良,銅管內(nèi)部晶粒細(xì)小均勻,而且具有較高的抗拉強(qiáng)度、較高硬度和較高的延伸率。

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