退火態(tài)Φ7mm內(nèi)螺紋銅管組織和力學性能的研究

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 材料冶金化學學部，江西 贛州 331000；3.中南大學 機電工程學院，410083 湖南 長沙）

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，國內(nèi)外許多專家學者對薄壁內(nèi)螺紋銅管進行了研究，陳進方［2］等分析了內(nèi)螺紋銅管螺紋不均的產(chǎn)生機理以及對后續(xù)使用的影響和應對措施，倪雪輝［3］等利用有限元模擬分析了芯桿對薄壁內(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、模具進給速度與銅管壁厚3個參數(shù)對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)螺紋銅管為研究對象，通過金相組織觀察分析和力學性能測試等手段，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

實驗用Φ7mm內(nèi)螺紋銅管取自JT公司，且樣品來自同一鑄坯，以保證實驗結(jié)果的可比較性和準確性。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驗爐內(nèi)進行退火，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ExceedModelE45萬能試驗機測試樣品的延伸率和抗拉強度，采用HV-5顯微維氏硬度計測試樣品的維氏硬度。

3 結(jié)果與討論

3.1 退火工藝對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。對每一個工藝條件下的晶粒大小采用DM2500金相顯微鏡進行了觀測和分析。其晶粒尺寸統(tǒng)計結(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間的增加逐漸上升的趨勢，實驗試樣的晶粒尺寸隨保溫時間的增長逐漸增大，隨著保溫時間的增長，晶粒長大趨勢逐漸減小，慢慢趨于穩(wěn)定。在同一保溫時間條件下，晶粒尺寸也是隨退火溫度上升而增加的。

3.2 退火工藝對力學性能的影響

內(nèi)螺紋銅管的下游客戶（空調(diào)廠家）對銅管的力學性能提出了更高的要求，要求具有優(yōu)良的延伸性能、抗拉強度和硬度等。根據(jù)前述實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)440～480℃時的晶粒尺寸相對于500℃的晶粒尺寸較為細小，對這幾個不同加熱溫度的實驗試樣進行了拉伸實驗、硬度測試。拉伸實驗對每個退火工藝條件測定了2組數(shù)據(jù)，總共測量了32組數(shù)據(jù)。硬度測試對每個退火工藝條件測定了10組數(shù)據(jù)，總共測量了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，460℃時銅管延伸率較為穩(wěn)定上升，且延伸率較高，在480～500℃時延伸率有開始逐漸下降的趨勢。其原因與再結(jié)晶組織有關(guān)。

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

圖5 退火工藝對延伸率的影響

圖6 退火工藝對抗拉強度的影響

圖7 退火工藝對硬度的影響

由圖可知，隨著退火溫度的上升，銅管的硬度開始逐漸降低，是因為隨著溫度上升，銅管晶粒逐漸長大，晶粒越粗大，銅管的硬度、強度會下降。

4 結(jié)論

（1）在退火溫度為440℃、460℃時，銅管的晶粒組織較為細小，但是在440℃，保溫時間31min、33min時，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，是因為冷加工的原因晶才使得粒小。隨著溫度的升高，銅管發(fā)生完全再結(jié)晶，而在460～500℃時，460℃的晶粒更細小。

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

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