退火態(tài)Φ7mm內(nèi)螺紋銅管組織和力學(xué)性能的研究

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(wú)氟制冷劑所帶來(lái)的高能耗、高污染等問(wèn)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”凇⒋舐菪堑雀咝?、?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(guò)程中加工精度難控制，而在客戶使用過(guò)程中加工困難，因底壁薄在U形彎管的過(guò)程容易出現(xiàn)彎皺和開(kāi)裂。近年來(lái)，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(guò)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(lái)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(wàn)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(kāi)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(kāi)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(méi)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。