退火态Φ7mm内螺纹铜管组织和力学性能的研究

黄 震，余 琪,3，刘锦平，罗 欣，胡春晖

（1.江西铜业加工事业部，江西 南昌 330096；2. 江西理工大学 材料冶金化学学部，江西 赣州 331000；3.中南大学 机电工程学院，410083 湖南 长沙）

1 引言

随着空调制冷行业的快速发展，为了避免无氟制冷剂所带来的高能耗、高污染等问题，内螺纹铜管被广泛应用于空调和制冷行业［1］。随着节材、节能减排技术的发展，下游制冷行业对内螺纹铜管的要求由普通的空调铜管转变为薄壁、大螺旋角等高效、节能的内螺纹铜管。由于薄壁内螺纹铜管底壁薄，在生产拉拔过程中加工精度难控制，而在客户使用过程中加工困难，因底壁薄在U形弯管的过程容易出现弯皱和开裂。近年来，国内外许多专家学者对薄壁内螺纹铜管进行了研究，陈进方［2］等分析了内螺纹铜管螺纹不均的产生机理以及对后续使用的影响和应对措施，倪雪辉［3］等利用有限元模拟分析了芯杆对薄壁内螺纹铜管弯曲质量的影响，王旭［4］等探究了模具转速、模具进给速度与铜管壁厚3个参数对薄壁铜管缩径成形质量的影响，王松伟［5］等研究了退火工艺对薄壁铜管的组织和织构的影响规律，王松伟［6］还研究了薄壁铜管弯曲后缺陷的分析控制。

本文以Ф7×0.22×0.13mmTP2内螺纹铜管为研究对象，通过金相组织观察分析和力学性能测试等手段，研究退火态Ф7mmTP2薄壁内螺纹铜管晶粒尺寸、组织、力学性能的影响规律，探索Ф7mmTP2内螺纹铜管最佳退火工艺。

2 材料与方法

实验用Φ7mm内螺纹铜管取自JT公司，且样品来自同一铸坯，以保证实验结果的可比较性和准确性。Φ7mm内螺纹铜管切取32段（200mm/段）在不同的退火工艺条件下在箱式退火实验炉内进行退火，采用DM2500金相显微镜金相显微镜观察分析样品的金相组织，采用美特斯ExceedModelE45万能试验机测试样品的延伸率和抗拉强度，采用HV-5显微维氏硬度计测试样品的维氏硬度。

3 结果与讨论

3.1 退火工艺对铜管显微组织的影响

分析了退火温度分别为：440℃、460℃、480℃、500℃；保温时间分别为：31min、33min、35min、37min退火工艺下Φ7内螺纹铜管晶粒组织的变化规律。对每一个工艺条件下的晶粒大小采用DM2500金相显微镜进行了观测和分析。其晶粒尺寸统计结果如图1所示，不同退火工艺条件下的金相组织如图2、图3、图4所示。

图3 460℃退火温度下金相组织

图4 480℃退火温度下金相组织

图24 40℃退火温度下金相组织

由图可知，440～500℃的四条曲线呈随保温时间的增加逐渐上升的趋势，实验试样的晶粒尺寸随保温时间的增长逐渐增大，随着保温时间的增长，晶粒长大趋势逐渐减小，慢慢趋于稳定。在同一保温时间条件下，晶粒尺寸也是随退火温度上升而增加的。

3.2 退火工艺对力学性能的影响

内螺纹铜管的下游客户（空调厂家）对铜管的力学性能提出了更高的要求，要求具有优良的延伸性能、抗拉强度和硬度等。根据前述实验数据和结果分析，发现440～480℃时的晶粒尺寸相对于500℃的晶粒尺寸较为细小，对这几个不同加热温度的实验试样进行了拉伸实验、硬度测试。拉伸实验对每个退火工艺条件测定了2组数据，总共测量了32组数据。硬度测试对每个退火工艺条件测定了10组数据，总共测量了160组数据。

由图可知，随着退火温度的升高，延伸率是先上升后下降的趋势，460℃时铜管延伸率较为稳定上升，且延伸率较高，在480～500℃时延伸率有开始逐渐下降的趋势。其原因与再结晶组织有关。

由图可知，在440～460℃铜管的抗拉强度在逐渐增加，在480～500℃铜管的抗拉强度在逐渐下降，但是在460℃时抗拉强度的波动更小，其变化原因与退火后的组织有关。

图5 退火工艺对延伸率的影响

图6 退火工艺对抗拉强度的影响

图7 退火工艺对硬度的影响

由图可知，随着退火温度的上升，铜管的硬度开始逐渐降低，是因为随着温度上升，铜管晶粒逐渐长大，晶粒越粗大，铜管的硬度、强度会下降。

4 结论

（1）在退火温度为440℃、460℃时，铜管的晶粒组织较为细小，但是在440℃，保温时间31min、33min时，铜管可能是没有产生完全再结晶退火，只是发生了部分再结晶退火，是因为冷加工的原因晶才使得粒小。随着温度的升高，铜管发生完全再结晶，而在460～500℃时，460℃的晶粒更细小。

（2）随着退火温度的升高，铜管的延伸率、抗拉强度是先上升后下降的趋势，在480℃时，铜管的延伸率波动较大，抗拉强度也较小，在460℃时，铜管的延伸率、抗拉强度较稳稳定，且两者都较高。

（3）采用退火温度为460℃、保温时间为37min的工艺对Ф7薄壁内螺纹铜管进行生产，使得铜管表面质量较为优良，铜管内部晶粒细小均匀，而且具有较高的抗拉强度、较高硬度和较高的延伸率。