Page 89 - 理化检验-物理分册2019年第五期

吴文祥, 等: 某供热管网用 DN２５ 铜阀断裂原因分析

图 ６ 裂纹分叉形貌 图 ８ 断裂铜阀壁厚测量位置
Fi g 敭６ Mor p holo gy ofcracksbifurcation Fi g 敭８ Measurement p ositionsofwallthicknessofthe
fracturedco pp ervalve
腐蚀产物中有腐蚀性元素氯, 这些均属于典型的应力
腐蚀开裂特征, 表明阀体断裂属于应力腐蚀开裂 [ ５Ｇ６ ] .
材料、 应力和腐蚀环境是发生应力腐蚀的三要
素.黄铜具有良好的耐腐蚀性能, 但对应力腐蚀开
裂比较敏感, 特别是锌含量大于 ２０％ ( 质量分数) 的
黄铜具有较高的应力腐蚀开裂敏感性 [ ７ ] .断裂黄铜
阀体材料中锌含量约为 ３７％ , 含量较高, 易产生应
图 ７ 铜阀未断裂区显微组织形貌
力腐蚀, 增大开裂倾向.由于阀体壁厚偏薄, 阀体螺
Fi g 敭７ Microstructuremor p holo gy ofunfracturedareaoftheco pp ervalve
纹根部所受的工作应力增大, 导致阀体螺纹根部形
表 ２ 断裂铜阀的硬度测试结果
成较大应力集中.铜阀用于供热系统, 铜阀内介质
Tab敭２ Hardnesstestresultsofthefracturedco pp ervalve HV１
为热水, 阀体螺纹根部在水中氯离子和工作应力的
距断口 距断口 距断口
测试位置 断口附近
１．５mm 处 ５mm 处 １０mm 处 共同作用下发生应力腐蚀开裂, 裂纹由阀体内壁螺
硬度 １４１ １３９ １３７ １３７ 纹根部向外壁扩展, 最终造成断裂.
阀体的力学性能基本均匀. ３ 结论及建议
１．６ 壁厚测量
该铜阀壁厚偏薄, 在水中氯离子和工作应力的
在光学显微镜下对阀体壁厚进行测量, 如图 ８
共同作用下发生应力腐蚀开裂, 最终断裂失效.
所示, 结果见表 ３ .由表 ３ 可知, 阀体远离螺纹处壁
建议严格按照相关国家标准生产铜阀产品, 严
厚为１．０５９mm , 而断口处壁厚仅为０．７９０mm , 不符
把质量关, 避免出现因质量问题导致铜阀断裂失效
合 GB / T８４６４－２００８ « 铁制和铜制螺纹连接阀门»
的情况.
中公称压力为 １．６ MPa 所对应的阀体最小壁厚应
参考文献:
为 １．９mm 的技术要求.
表 ３ 断裂铜阀的壁厚测量结果 [ １ ] 陈彩霞, 郑杨 艳 ． 空 调 水 铜 阀 断 裂 原 因 分 析 及 预 防
Tab敭３ Measurementresultsofwallthicknessofthefractured
[ J ] ． 金属热处理, ２０１５ , ４０ ( １ ): ２０４Ｇ２０７．
co pp ervalve mm
[ ２ ] 郭亮, 金献忠, 黄世杰, 等 ． 铅黄铜阀芯部件开裂分析
测量位置 断口处 相邻螺纹根部 螺纹附近 远离螺纹处
[ J ] ． 理化检验( 物理分册), ２０１３ , ４９ ( ９ ): ６２５Ｇ６２７．
壁厚 ０．７９０ ０．８８６ １．６３８ １．０５９
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由上述理化检验结果可知, 断裂铜阀的显微组织 检验( 物理分册), ２０１７ , ５３ ( １１ ): ８４１Ｇ８４３．
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正常, 力学性能均匀, 材料和组织未见明显缺陷.由
工业出版社, ２００４．
断口形貌分析可知, 阀体沿着非连接螺纹根部发生断
[ ６ ] 高进, 孙金厂 ． 金属材料应力腐蚀失效分析[ J ] ． 山东
裂, 阀体断口未见明显塑性变形, 宏观呈现脆性断裂
轻业学院学报, ２００１ , １５ ( １ ): ４７Ｇ５０．
特征.裂纹起始于阀体内壁螺纹根部, 并向外壁扩
[ ７ ] 顾美转 ． 黄铜 制 品 开 裂 原 因 分 析 [ J ] ． 热 加 工 工 艺,
展, 微观断口存在腐蚀区、 解理区和韧窝区, 断口表面 ２０００ , ２９ ( １ ): ５０Ｇ５２．
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