水龍頭閥體開裂原因分析

方少林

摘 要：采用金相檢驗、能譜分析以及壁厚檢測等方法對水龍頭銅閥開裂原因進行了分析。結果表明，水龍頭閥體存在壁厚偏薄且不均勻的現(xiàn)象，導致其承載能力大幅降低，與閥體開裂存在因果關系。

關鍵詞：水龍頭；閥體開裂；銅閥；黃銅

中圖分類號：TG146.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）23-0039-02

銅閥在使用過程中，會受到內應力和工作應力的共同作用，一旦斷裂失效會造成漏水事故的發(fā)生，產(chǎn)生嚴重后果。目前，國內學者對銅閥斷裂原因進行了大量研究。陳彩霞等人[1]發(fā)現(xiàn)鉛黃銅閥蓋熱處理不當，顯微組織α相沿著晶界呈網(wǎng)狀分布，導致RHPb56-4鉛黃銅空調水閥門在使用5個月后發(fā)生斷裂。莫明珍等人[2]研究發(fā)現(xiàn)，ZHPb59-1銅閥在加工應力和安裝應力的共同作用下，在潮濕的環(huán)境中短期會發(fā)生應力腐蝕開裂。某型號水龍頭銅閥在使用過程中發(fā)生開裂，造成漏水事故[3]。為了探明該銅閥開裂的原因，本文對其進行了開裂失效分析。

1 試驗材料與方法

開裂失效的水龍頭銅閥整體外觀如圖1所示。對銅閥進行外觀檢查，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裂現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)脫皮、露底、剝落、黑斑及明顯的麻點、毛刺等缺陷見圖2所示。對銅閥開裂部位進行切割取樣，對壁厚進行測量。采用OLYMPUS BX51M光學顯微鏡對銅閥進行金相組織檢驗。在HITACHI S-4800掃描電子顯微鏡上，對銅閥基體和表面鍍層進行能譜分析。

2 試驗結果

2.1 尺寸檢測

將水龍頭閥體沿中心線縱向剖開為兩部分，分別為檢材1、檢材2，其中檢材2存在開裂現(xiàn)象。檢材1、檢材2的外觀和內部結構一致（見圖3所示）。對檢材1、檢材2對應方框內的部位進行切割，發(fā)現(xiàn)檢材1、檢材2的壁厚差異明顯（見圖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1.12mm，端面最薄處僅為0.48mm。

將檢材2沿開裂處切開，并依據(jù)GB/T 19863-2005《體視顯微鏡試驗方法》對斷口進行觀察，發(fā)現(xiàn)斷口部位壁厚最?。ㄒ妶D5所示），經(jīng)測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》對檢材2基體和表面鍍層進行能譜分析（見圖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

根據(jù)GB/T 13298-2015《金屬顯微組織檢驗方法》對檢材2進行金相檢驗，發(fā)現(xiàn)檢材2顯微組織為α+β相組織（見圖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裂現(xiàn)象，表明閥體受到由內向外的應力作用。由尺寸檢測可知，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為黃銅，閥體表面做了鍍鎳和鉻處理。由金相檢驗可知，涉案水龍頭閥體基體顯微組織為α+β相組織，未見異常。檢材2最薄處的壁厚遠遠小于檢材1的壁厚，導致檢材2的承載能力大幅降低。當遇到寒冷天氣時，水龍頭閥體內水結冰，體積膨脹，易在檢材2壁厚最薄部位由內向外發(fā)生鼓起、開裂。

4 結語

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

參考文獻

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

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

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