水龍頭閥體開(kāi)裂原因分析

方少林

摘 要：采用金相檢驗(yàn)、能譜分析以及壁厚檢測(cè)等方法對(duì)水龍頭銅閥開(kāi)裂原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，水龍頭閥體存在壁厚偏薄且不均勻的現(xiàn)象，導(dǎo)致其承載能力大幅降低，與閥體開(kāi)裂存在因果關(guān)系。

關(guān)鍵詞：水龍頭；閥體開(kāi)裂；銅閥；黃銅

中圖分類號(hào)：TG146.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）23-0039-02

銅閥在使用過(guò)程中，會(huì)受到內(nèi)應(yīng)力和工作應(yīng)力的共同作用，一旦斷裂失效會(huì)造成漏水事故的發(fā)生，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)銅閥斷裂原因進(jìn)行了大量研究。陳彩霞等人[1]發(fā)現(xiàn)鉛黃銅閥蓋熱處理不當(dāng)，顯微組織α相沿著晶界呈網(wǎng)狀分布，導(dǎo)致RHPb56-4鉛黃銅空調(diào)水閥門(mén)在使用5個(gè)月后發(fā)生斷裂。莫明珍等人[2]研究發(fā)現(xiàn)，ZHPb59-1銅閥在加工應(yīng)力和安裝應(yīng)力的共同作用下，在潮濕的環(huán)境中短期會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。某型號(hào)水龍頭銅閥在使用過(guò)程中發(fā)生開(kāi)裂，造成漏水事故[3]。為了探明該銅閥開(kāi)裂的原因，本文對(duì)其進(jìn)行了開(kāi)裂失效分析。

1 試驗(yàn)材料與方法

開(kāi)裂失效的水龍頭銅閥整體外觀如圖1所示。對(duì)銅閥進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)其表面光澤均勻，在水龍頭閥體中部發(fā)現(xiàn)存在向外鼓起變形和開(kāi)裂現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)脫皮、露底、剝落、黑斑及明顯的麻點(diǎn)、毛刺等缺陷見(jiàn)圖2所示。對(duì)銅閥開(kāi)裂部位進(jìn)行切割取樣，對(duì)壁厚進(jìn)行測(cè)量。采用OLYMPUS BX51M光學(xué)顯微鏡對(duì)銅閥進(jìn)行金相組織檢驗(yàn)。在HITACHI S-4800掃描電子顯微鏡上，對(duì)銅閥基體和表面鍍層進(jìn)行能譜分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 尺寸檢測(cè)

將水龍頭閥體沿中心線縱向剖開(kāi)為兩部分，分別為檢材1、檢材2，其中檢材2存在開(kāi)裂現(xiàn)象。檢材1、檢材2的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)一致（見(jiàn)圖3所示）。對(duì)檢材1、檢材2對(duì)應(yīng)方框內(nèi)的部位進(jìn)行切割，發(fā)現(xiàn)檢材1、檢材2的壁厚差異明顯（見(jiàn)圖4所示）。檢材1的壁厚較為均勻，平均厚度約為2.84mm。檢材2壁厚明顯比檢材1的薄，且壁厚不均勻，呈現(xiàn)中間薄、兩邊厚的特征，端面最厚處達(dá)1.12mm，端面最薄處僅為0.48mm。

將檢材2沿開(kāi)裂處切開(kāi)，并依據(jù)GB/T 19863-2005《體視顯微鏡試驗(yàn)方法》對(duì)斷口進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)斷口部位壁厚最?。ㄒ?jiàn)圖5所示），經(jīng)測(cè)量斷口部位平均壁厚為0.44mm。

2.2 能譜分析

根據(jù)GB/T 17359-2012《微束分析能譜法定量分析》對(duì)檢材2基體和表面鍍層進(jìn)行能譜分析（見(jiàn)圖6、7所示）。由圖6可知，檢材2基體由銅（Cu）、鋅（Zn）元素組成，其中銅元素含量為60.93%，鋅元素含量為39.07%。由圖7可知，表面鍍層由鎳（Ni）、鉻（Cr）元素和少量銅（Cu）元素組成，其中鎳元素含量為85.04%，鉻元素含量為8.87%。

2.3 金相檢驗(yàn)

根據(jù)GB/T 13298-2015《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》對(duì)檢材2進(jìn)行金相檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)檢材2顯微組織為α+β相組織（見(jiàn)圖8所示）。

3 分析與討論

由外觀檢查可知，涉案水龍頭閥體存在鼓起變形和開(kāi)裂現(xiàn)象，表明閥體受到由內(nèi)向外的應(yīng)力作用。由尺寸檢測(cè)可知，檢材1壁厚均勻，平均壁厚為2.84mm，檢材2壁厚偏薄且不均勻，開(kāi)裂處壁厚最薄，平均壁厚僅為0.44mm。由能譜分析可知，涉案水龍頭閥體基體材質(zhì)為黃銅，閥體表面做了鍍鎳和鉻處理。由金相檢驗(yàn)可知，涉案水龍頭閥體基體顯微組織為α+β相組織，未見(jiàn)異常。檢材2最薄處的壁厚遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于檢材1的壁厚，導(dǎo)致檢材2的承載能力大幅降低。當(dāng)遇到寒冷天氣時(shí)，水龍頭閥體內(nèi)水結(jié)冰，體積膨脹，易在檢材2壁厚最薄部位由內(nèi)向外發(fā)生鼓起、開(kāi)裂。

4 結(jié)語(yǔ)

水龍頭閥體存在壁厚偏薄且不均勻的現(xiàn)象，導(dǎo)致其承載能力大幅降低，與閥體開(kāi)裂存在因果關(guān)系。

參考文獻(xiàn)

[1]陳彩霞，鄭楊艷.空調(diào)水銅閥斷裂原因分析及預(yù)防[J].金屬熱處理，2015，（1）：204-207.

[2]莫明珍，譚瑩，郭春文，等.銅閥應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂分析[J].熱加工工藝，2014，（6）：213-214.

[3]張鳴，伍超群，李揚(yáng).鉛黃銅閥體開(kāi)裂原因分析[J].材料研究與應(yīng)用，2009，（3）：200-203.endprint