銅管彎曲缺陷分析及退火技術優化研究

趙森森?孫永崗?戴志剛

摘要：銅管在生產過程中需要進行較大的塑性變形，在這一過程中因工藝條件或工藝參數不合理很容易導致銅金屬強度硬度升高，塑性降低的情況，使銅管生產更加困難。本文圍繞銅管彎曲缺陷以及退火工藝的議題進行了探討，文章首先對銅管出現彎曲缺陷的原因進行了分析，然后結合銅管生產過程中的退火工藝情況進行了工藝參數的優化，旨在推動銅管彎曲生產工藝水平的提升，保障產品質量。

關鍵詞：銅管生產工藝;彎曲缺陷;退火工藝

一、引言

銅管在生產過程中經常會根據實際需求進行較大塑性變形，這樣就造成銅金屬強度硬度升高，可塑性降低，金屬材料內部晶粒和晶型遭到破壞，使金屬彎曲更加困難。

二、銅管出現彎曲缺陷的原因分析

銅管彎曲缺陷主要是因彎曲過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力應變情況發生變化。其中銅管彎曲的外側在切向拉應力的作用下伸長，銅管彎曲的內側在切向壓應力的作用下縮短。銅管彎曲形變的程度與彎曲半徑相對值和厚度相對值有關。當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，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金屬會拉伸，使金屬材質變薄，嚴重時會發生拉伸破裂;而銅管彎曲中性層的內側金屬會縮短，使金屬材質變厚，嚴重時會發生褶皺。

三、銅管生產退火工藝分析

為了恢復銅金屬材料的可塑性，在銅管彎曲生產前可采用再結晶退火軟化處理的工藝來處理，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。

銅金屬經過退火處理后整體硬度呈降低趨勢，根據圖1中數據顯示，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350℃時，在退火溫度360℃～550℃范圍間，銅金屬硬度變化不明顯。由此說明，隨著溫度的升高，溫度對銅金屬硬度的影響比低溫階段對銅金屬硬度的影響小。當退火溫度超過550℃后，在退火溫度560℃～720℃范圍間，銅金屬硬度幾乎沒有變化，這一點與上述結論吻合，即隨著溫度升高，退火溫度對銅金屬硬度變化的影響很小。

銅金屬經過退火處理后，對銅金屬晶粒度進行檢測，發現銅管彎曲部位起皺的地方出現粗大晶粒。可能的原因是銅管在彎曲的過程中這些粗大的晶粒很難轉動，因此在銅金屬退火后，在銅管彎曲內側出現起皺。影響銅金屬晶粒度的兩個因素是退火溫度和保溫時間。

四、退火技術優化實驗分析

退火溫度從對銅金屬硬度變化影響較小的溫度范圍內選取，實驗分析中選擇450℃、500℃、550℃三個退火溫度。每個退火溫度下的保溫時間分別為35min、45min。

保溫時間為35min時，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可以發現，退火溫度500℃時，微觀組織結構存在粗大晶粒，晶粒大小不均勻;退火溫度為550℃時，金屬微觀組織中存在大量粗大晶粒;退火溫度為450℃時，銅管彎曲部位微觀組織最好，晶粒細小且較為均勻。

保溫時間為45min時，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可以發現，退火溫度450℃時，金屬微觀組織晶粒較小，但分散不均勻;退火溫度為500℃時，金屬微觀組織存在粗大晶粒;退火溫度為550℃時，金屬微觀組織中存在大量粗大晶粒。

由圖2、圖3對比得出：當退火溫度在450℃時，保溫時間35min條件下，銅管彎曲部位微觀組織結構最好，晶粒較小且分布均勻。

五、結語

銅管在生產過程中經常會根據實際需求進行較大塑性變形，這樣就造成銅金屬強度硬度升高，可塑性降低，金屬材料內部晶粒和晶型遭到破壞，使金屬彎曲更加困難。通過對銅管退火工藝分析并對退火工藝中的退火溫度和保溫時間進行條件優化實驗，得到最佳條件為退火溫度450℃，保溫時間35min，以改善銅金屬可塑性，可為銅管彎曲工藝改善以及產品生產提供參考。

參考文獻：

[1]楊國富.龍香林.精密銅管性能穩定性探究[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律研究[D].江西理工大學，2016

作者單位：江西銅業加工事業部