銅管彎曲缺陷分析及退火技術(shù)優(yōu)化研究

趙森森?孫永崗?戴志剛

摘要：銅管在生產(chǎn)過(guò)程中需要進(jìn)行較大的塑性變形，在這一過(guò)程中因工藝條件或工藝參數(shù)不合理很容易導(dǎo)致銅金屬?gòu)?qiáng)度硬度升高，塑性降低的情況，使銅管生產(chǎn)更加困難。本文圍繞銅管彎曲缺陷以及退火工藝的議題進(jìn)行了探討，文章首先對(duì)銅管出現(xiàn)彎曲缺陷的原因進(jìn)行了分析，然后結(jié)合銅管生產(chǎn)過(guò)程中的退火工藝情況進(jìn)行了工藝參數(shù)的優(yōu)化，旨在推動(dòng)銅管彎曲生產(chǎn)工藝水平的提升，保障產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：銅管生產(chǎn)工藝;彎曲缺陷;退火工藝

一、引言

銅管在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行較大塑性變形，這樣就造成銅金屬?gòu)?qiáng)度硬度升高，可塑性降低，金屬材料內(nèi)部晶粒和晶型遭到破壞，使金屬?gòu)澢永щy。

二、銅管出現(xiàn)彎曲缺陷的原因分析

銅管彎曲缺陷主要是因彎曲過(guò)程中銅金屬受力不均勻造成的。在彎曲外力的作用下銅管受力和應(yīng)力應(yīng)變情況發(fā)生變化。其中銅管彎曲的外側(cè)在切向拉應(yīng)力的作用下伸長(zhǎng)，銅管彎曲的內(nèi)側(cè)在切向壓應(yīng)力的作用下縮短。銅管彎曲形變的程度與彎曲半徑相對(duì)值和厚度相對(duì)值有關(guān)。當(dāng)銅管彎曲中性層的半徑越小，銅管子壁厚度越小，銅管子外徑越大時(shí)，銅管彎曲形變的程度越大。隨著銅管彎曲變形程度的增大，銅管彎曲中性層的外側(cè)金屬會(huì)拉伸，使金屬材質(zhì)變薄，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生拉伸破裂;而銅管彎曲中性層的內(nèi)側(cè)金屬會(huì)縮短，使金屬材質(zhì)變厚，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生褶皺。

三、銅管生產(chǎn)退火工藝分析

為了恢復(fù)銅金屬材料的可塑性，在銅管彎曲生產(chǎn)前可采用再結(jié)晶退火軟化處理的工藝來(lái)處理，這樣可使銅管在常溫條件下就能夠順利完成彎曲。退火工藝采取的具體處理方案可從兩方面進(jìn)行考慮，一方面是金屬硬度、另一方面是金屬晶粒度。在不同的溫度條件下，銅金屬退火后的硬度變化如圖1所示。

銅金屬經(jīng)過(guò)退火處理后整體硬度呈降低趨勢(shì)，根據(jù)圖1中數(shù)據(jù)顯示，在退火溫度300℃～350℃范圍間，銅金屬的硬度曲線下降程度最陡;而退火溫度超過(guò)350℃時(shí)，在退火溫度360℃～550℃范圍間，銅金屬硬度變化不明顯。由此說(shuō)明，隨著溫度的升高，溫度對(duì)銅金屬硬度的影響比低溫階段對(duì)銅金屬硬度的影響小。當(dāng)退火溫度超過(guò)550℃后，在退火溫度560℃～720℃范圍間，銅金屬硬度幾乎沒(méi)有變化，這一點(diǎn)與上述結(jié)論吻合，即隨著溫度升高，退火溫度對(duì)銅金屬硬度變化的影響很小。

銅金屬經(jīng)過(guò)退火處理后，對(duì)銅金屬晶粒度進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)銅管彎曲部位起皺的地方出現(xiàn)粗大晶粒?？赡艿脑蚴倾~管在彎曲的過(guò)程中這些粗大的晶粒很難轉(zhuǎn)動(dòng)，因此在銅金屬退火后，在銅管彎曲內(nèi)側(cè)出現(xiàn)起皺。影響銅金屬晶粒度的兩個(gè)因素是退火溫度和保溫時(shí)間。

四、退火技術(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)分析

退火溫度從對(duì)銅金屬硬度變化影響較小的溫度范圍內(nèi)選取，實(shí)驗(yàn)分析中選擇450℃、500℃、550℃三個(gè)退火溫度。每個(gè)退火溫度下的保溫時(shí)間分別為35min、45min。

保溫時(shí)間為35min時(shí)，450℃、500℃、550℃退火溫度條件下的銅管彎曲部位晶粒情況如圖2所示。

由圖2可以發(fā)現(xiàn)，退火溫度500℃時(shí)，微觀組織結(jié)構(gòu)存在粗大晶粒，晶粒大小不均勻;退火溫度為550℃時(shí)，金屬微觀組織中存在大量粗大晶粒;退火溫度為450℃時(shí)，銅管彎曲部位微觀組織最好，晶粒細(xì)小且較為均勻。

保溫時(shí)間為45min時(shí)，450℃、500℃、550℃退火溫度條件下的銅鋼管彎曲部位晶粒情況如圖3所示。

由圖3可以發(fā)現(xiàn)，退火溫度450℃時(shí)，金屬微觀組織晶粒較小，但分散不均勻;退火溫度為500℃時(shí)，金屬微觀組織存在粗大晶粒;退火溫度為550℃時(shí)，金屬微觀組織中存在大量粗大晶粒。

由圖2、圖3對(duì)比得出：當(dāng)退火溫度在450℃時(shí)，保溫時(shí)間35min條件下，銅管彎曲部位微觀組織結(jié)構(gòu)最好，晶粒較小且分布均勻。

五、結(jié)語(yǔ)

銅管在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行較大塑性變形，這樣就造成銅金屬?gòu)?qiáng)度硬度升高，可塑性降低，金屬材料內(nèi)部晶粒和晶型遭到破壞，使金屬?gòu)澢永щy。通過(guò)對(duì)銅管退火工藝分析并對(duì)退火工藝中的退火溫度和保溫時(shí)間進(jìn)行條件優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，得到最佳條件為退火溫度450℃，保溫時(shí)間35min，以改善銅金屬可塑性，可為銅管彎曲工藝改善以及產(chǎn)品生產(chǎn)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊國(guó)富.龍香林.精密銅管性能穩(wěn)定性探究[J].銅加工，2019（000），001

[2]李廷平.小彎頭銅管制備工藝及塑性成形規(guī)律研究[D].江西理工大學(xué)，2016

作者單位：江西銅業(yè)加工事業(yè)部