摘要：对紫铜管退火后产生氧化、开裂的原因及改进措施进行分析探讨，采用井式真空保护气氛进行光亮退火代替传统的工艺方案，使紫铜管退火后产生氧化、开裂的现象得到显著改善。

  关键词：紫铜管；退火；氧化；开裂；光亮退火中图分类号：TM623  文献标识码：A文章编号：11-5004（2018）07-0262-2

国标牌号T2铜因其具有良好的导电性、导热性及相比无氧铜的经济性，成为制作机车电缆连接附件铜管接线头的***原材料。采购时，为便于运输、避免转运、存储过程中可能产生的堆压变形现象，交货时状态定为硬态（Y)。为保证其具有良好的加工塑性，需在压制成型前进行退火，去除内应力，消除加工硬化，获得良好的塑性和晶粒组织，以确保压制成型时不产生开裂现象。本文主要探讨铜管经箱式电阻炉退火后，出现铜管表面氧化严重、开裂等现象，分析其产生原因，并通过改进设备，采用井式真空炉，通过预抽真空，加保护气氛的方案，经试验对比后，使氧化严重、以及开裂等现象得到显著改善。

  1.退火氧化、开裂原因分析

  T2铜主要化学成份见表1，力学性能指标见表2。

  在没有改进退火设备之前，采用小型箱式电阻炉进行高温快速加热（温度700℃，保温15分钟）退火，冷却方式为水冷，单炉装炉量根据铜管规格大小不同，每炉大约在500件~1000件之间，装炉方式为混装堆放。按照此工艺，加工出的产品具有氧化皮严重、晶粒粗大，压型开裂等缺点。

  1.1氧化现象原因分析

  铜在还原气氛中退火，易与空气中的氧气发生反应，产生氧化铜，其化学反应式为：2Cu+O2==2CuO，即通常所说的氧化现象。箱式电阻炉加热时，因为不是在真空状态下，炉内介质主要为空气，经高温加热后，紫铜管易与空气中的氧、二氧化碳、水蒸汽等发生反应形成氧化膜。由于装炉前，铜管表面被油污染，连续退火后，炉内所积累的油烟杂质、灰尘、炭黑等物质无法循环排出，造成氧化现象越来越严重。另外出炉温度过高（我公司箱式电阻炉退火出炉温度约为700℃），铜与空气接触后迅速产生氧化，也是造成铜管表面氧化的主要原因。

  1.2开裂现象原因分析

  造成开裂的主要原因是由于退火温度过高，获得粗大的晶粒组织，溶解于金属中的氢气与残留与晶界上的氧化亚铜共晶起还原作用，如下式：Cu2O+H2=2Cu+H2O↑，产生的水汽向外逸散，超过晶界强度，***终产生裂纹，即“氢脆”现象。另外由于装炉方式为自由混放，装炉量以追求***大生产效率为前题，铜管在炉内受热不均匀，造成退火不完全，晶粒间留有残余应力，也是导致压型开裂的原因之一。

  2.改善措施

  氧化现象使电气连接存在隐患，降低导电率，造成电气连接故障，严重时影响机车正常运行；企业需增加酸洗工序去除氧化层，增加企业成本及延迟交货周期。开裂现象产生较多的报废率，使企业承担更多的经济损失。为了彻底改善氧化严重及开裂现象，需对退火工艺进行完善。

  起初，我们采用箱式电阻炉里铺设木炭粉，经燃烧获得二氧化碳保护气氛的方法，虽然效果显著，但因操作不方便，污染严重，而不能批量使用。此后，主要采取用井式炉预抽真空加保护气氛退火工艺代替传统的箱式退火的方案，***终消除了困扰企业多年的退火氧化及开裂现象。

  井式真空退火炉主要结构由炉膛、炉胆、温控柜、真空泵几个部分组成，其主要工作原理为先对炉胆进行预抽真空***-0.1Mpa，然后通过炉胆盖进气口充入0.02Mpa~0.04Mpa氮气，

  作为保护气氛，从而实现光亮退火。其中重要部件圆形炉胆材质为310S耐高温不锈钢，胆壁厚10mm，其上法兰有硅橡胶密封圈。胆口法兰30mm厚，材质为310S耐高温不锈钢，罐底为椭圆封头。加热元件材质为Cr20Ni80镍铬电阻带，分上、中、下三区环形分布于炉膛内，使热辐射均匀作用到炉胆。同时炉膛采用全纤维节能炉衬，与砌筑耐火砖相比，节电20%以上，达到节能降耗的目的同时，减轻炉膛重量、蓄热量小，升温快。闭式冷却塔为炉胆盖密封圈提供循环水冷却，延长密封圈使用寿命，保证真空度及密封效果。炉胆盖设排气阀，用于加热过程中的压力调节，保证炉内气压稳定于0.1Mpa以下。

  为保证铜管在炉内受热均匀，考虑到装炉、出炉方便性，采用退火工装盘，将铜管逐一放置，互相不会发生碰撞，同时保证受热均匀。多层装炉，***大限度保证单炉工作效率，出炉时只需吊装立柱，便可将整炉工件吊出，同时为保证生产的连续性，出炉时可吊装下一炉工件入炉，充分利用炉内余热，缩短加热时间，实现多班次连续作业。

  3.井式真空退火工艺方法

  3.1工艺步骤

  （1）装炉。将工件装入退火工装架，吊入炉胆，并盖好炉胆盖，拧紧螺丝。再将炉胆吊入炉膛。

  （2）抽真空。将真空泵与进气口连接，预抽真空当炉胆内压力接近-0.1Mpa即可停止抽气，并记录抽真空所用的时间，抽真空时间不超过6分钟，若超出需检查设备。保压5分钟，观察压力表不得有变化，否则需检漏。

  （3）充氮气。接通进气口充入氮气，当压力表指示在0.02Mpa~0.04Mpa之间即可停止充气。观察压力表不得有变化，否则需检漏。

  （4）加热并保温。设定加热温度450度~500度，保温时间120分钟。加热期间需注意观察压力表，注意控制压力，确保炉胆内压力控制在0.1Mpa以下且不低于0.05Mpa，以免发生因炉胆内气压随炉温升高而引起的过度膨胀而导致的炸炉，或气压过低导致空气倒流入炉胆使退火件氧化。随炉冷却***≤50℃方可开炉盖，取出工件。

  4.效果验证

  采用井式炉预抽真空，加保护气氛退火工艺后，氧化现象得到彻底改善（如图1、图2），为企业省去一道酸洗工序。开裂现象也大幅下降，由原来15%的开裂报废率下降到2%。

  5.结语

  开裂现象直接导致产品报废，每年由于开裂造成的产品报废率约占产品总量的5%~20%；氧化现象影响紫铜管的表面质量，影响接线头的导电性能。通过以上改进措施，开裂现象下降到2%、氧化现象得到彻底改善，产品质量得到大幅度提升。