关于黄铜阀门的制造与质量控制

查昭

【摘 要】黄铜阀门在现代阀门制造中有着举足轻重的作用，本文对黄铜阀门进行相应的研究，针对原材料、产品结构、安装方法、使用环境等多个方面对黄铜阀门制造过程中所出现的缺陷进行了全面的分析，指出黄铜阀门自身所具有的缺陷，比如：组织疏松，颗粒大等，并对热锻黄铜阀门可靠性会产生影响的一些因素进行了探讨，提出一些解决的方案。

【关键词】黄铜阀门；缺陷；质量控制

通过对目前黄铜合金热锻产品的统计，显示绝大多数的黄铜热锻产品都是五金产品，在这些产品之中，阀门、水嘴和铜管连接器件是这些产品中的主力。一般而言，黄铜热锻产品的构造相对比较的复杂，容易出现非常大的变形率，热锻过程中，就冷隔、起皮、折叠等等缺陷时有发生。因为热锻工艺在铜合金中使用历史不足20年，外加热锻工艺“固态铸造”所具有的的特性，热锻缺陷的发现有着很大的难度，一些经检验合格的产品，特别是使用的中后期，出现过的故障甚至失效，对于这些问题应该采取适当的措施进行适当的控制。本文针对黄铜阀门的自身缺陷和使用过程中的失效情况进行了分析，并且提出了解决方案。

一、黄铜原材料质量引起的热锻件缺陷

（一）化学成分和杂质的影响

在进行锻造的过程中，锻造棒中所含有的化学成分一些杂物的对于黄铜棒原材料中的Sb、Al等等元素对黄铜热锻有着非常大的危害性。通过对各项试验的资料进行分析依据对客户反馈的信息进行收集，可以发现如果黄铜棒料中Al的含量超过0.35%，Sb的含量超过0.015%，制造出来了产品就会非常的脆弱，在安装和使用的时候，就容易出现开裂的状况。不仅如此黄铜棒如果原材料的主成分，如Cu含量相对比较的低，相反Pb的含量相对较高，都很有可能造成缺陷。但是如果Cu的质量分数过低，低于了55%，Pb的含量超过了4%，就超过了标准的要求，很有可能导致塑性和可锻性大大的降低，产品制造完成之后，毛坯塑性以及力学性能都会有很大幅度的下降，产品就很容易出现开裂和断裂的现象。通过实验可以发现，黄铜棒中杂质总和如果超过2.5%，开裂的情况就非常的明显。黄铜棒原材料在进行熔炼的时候，进场大量使用铜屑以及飞边等回用料。因此，很有可能使氧化物和夹杂物含量大大的增加，其结果就是黄铜棒本身的力学性能相对较低，产品的性能就难以保证，因此原材料的化学成分测试是必不可少的，同时也要做一些力学性能测试，有些特殊材料还要做耐脱锌测试和氨薰测试。确保材料合格才可以继续完成下一道工序。

（二）热锻棒料加热方式的影响

对热锻棒料进行加热，一般由以下的几种方式：电炉加热、中频感应加热等等。在目前电炉加热方式已经不再使用，这主要的原因是电炉箱体内温度不均匀，经常会出现高温区域的部分铜棒受到高温的影响而融化。通过大量的试验发现，因为燃油加热的热效率比较的低，晶粒尺寸就会显得更加的粗大，特别是经过二次加热后一些晶界就会被熔化，晶粒相应的粗大。通过试验发现，不管采用哪种加热方式，如果进行二次加热都会大大影响锻件的品质，所以只有在一次热锻难以成型的产品中，二次加热才可以被使用，就是使用二次成型的方式的时候，也应该对加热温度以及加热速度实施准确的控制，但是一般情况下应该采用一次成型的铸造工艺。

二、热锻成型过程中造成的黄铜阀门缺陷

黄铜阀门的阀体零件通过热锻，进行成型主要有以下的几个过程，第一步：阀体中腔首先成型，第二步：阀体上缘以及左右两侧上翼紧接着成型，第三部：左右两侧以及阀体内腔继续成型，第四部：外形和阀体内腔完全成型，在阀体的外缘四周伴随着充型过程的进行逐步的“生长”。整个过程中，很容易出现以下两种缺陷。

（一）锻件流线分布不顺

一般而言，锻件流线分布不顺是主要指的是由于设计不当、或者是热锻设备所选择的吨位不是特别的合理等，从而导致了对毛坯进行锻造的时候充型的各路支流容易出现交汇。工人在进行操作的时候，如果操作不当，涂抹的脱模剂的用量过多或者过少、型芯磨损、型腔龟裂都非常有可能使金属出现不均匀的流动，这样就会使锻件流线的分布不是特别的顺畅。如果流线的分布不顺，毛坯的力学性能也会相应的降低，制造出来的性能很有可能和设计者的意愿有很大的差距，这所带来的问题非常的严重。通过显微镜对黄铜阀体锻件进行观察，可以发现及时看起来非常光滑平整的表面也有一些流线不顺的情况。

（二）折叠

折叠形成的原因是黄铜合金在进行充型的过程中和氧化的表层金属融合在一起从而形成的，折叠的形成可以是由两股也可以使多股金属交汇产生的，一股金属的急速大量流动也可以使邻近的表层金属发生流动，从而汇合形成折叠。如果变形金属出现了弯曲或一部分的金属出现了局部变形被压入另一部分金属折叠的情况，这些情况都和原料的高度比、模具设计、润滑情况以及操作人员的技术熟练程度有着明显的联系。如果出现严重的折叠，很有可能使原本粘连的黄铜合金表层金属在进行加工的过程中出现翘起以及脱落的情况，特别是阀体表面的凸起字体特别严重的时候，标识字体不完整的情况经常的出现。

三、热锻阀门常见的失效分析

（一）阀门开裂

1、由于热锻缺陷导致的开裂

在安装和使用过程中，热锻阀门出现开裂比例一般占不合格品的50%左右，一般显示为阀体安装时六角部位会出现开裂，甚至是在成型的时候在分型面处出现开裂的情况。因此热锻过程中的加热是关键，尽量避免出现过热和过烧现象。过热会导致金属晶粒粗大，锻造后热处理过程中可以弥补；过烧会破坏晶粒间结合力，一锻即碎，损失不可挽回。

热锻后的毛坯内部裂纹可用专用探伤设备去做测试。

2、环境因素导致的开裂。一些热锻黄铜阀门虽然不存在明显的缺陷，但是还是出现了开裂，这种情况一般是因为特殊的环境因素导致的。比如安装在中央空调冷却水管路的热锻阀门，因为其管螺纹机在生产的过程中吸收了大量应力，以及安装的时候没有遵循进行同侧扳钳操作的操作细则，很容易使安装的应力形成了叠加，一些特殊使用环境的影响，就很有可能使产品出现应力腐蚀开裂，因此产品的去应力退火是一种好的解决方案，具体的材料退火的温度和保温的时间是不同的，这需要工程设计人员进行试验后来确认，笔者建议一般黄锻材料的毛坯低温退火在280oC-300 oC、保温2-3小时 ；DZR材料的毛坯一般采用460 oC -480 oC、保温2-4小时 在样品开发阶段以及批量生产时，都在去做氨薰测试来验证产品的质量是否可靠。

3、压力试验结果不正确导致的开裂。很多的时候，试验设备上的压力表单位，和具体操作的工程安装人员的通俗叫法有一些不一致的地方，特别是对于一些进口设备，在设备上就有多种压力的量纲，外加一些工程单位对工程进行了层层转包，一些进行管道工程以及安装和调试的时候，相关操作人员的专业素质业绩岗位能力欠缺，都有可能使压力试验结果不正确导致的开裂，所以产品需要清晰的标明的公称压力，防止超过额定压力发生重大安全事故。

（二）断裂

在热锻阀门在使用的过程中，出现断裂比例占据了不合格产品中的25%左右。这些断裂情况一般会出现在阀盖以及阀体的壁厚相对比较薄弱的地方。断裂产生的原因主要有产品结构设计、介质腐蚀断裂、热锻成型过程缺陷、热锻模具设计不合理等等原因，因此在相关的产品结构设计以及相应的模具设计过程中，必须多工艺特点进行更多的考虑，在设计的时候尽量使用圆角过渡，特别对于阀体以及阀盖分型面进行设计的时候，阀门分型面处断裂最直接的产生原因是分型面和内外加工基准面出现了汇合，因此在操作的时候应该注意。

（三）冻裂

对于在一些特定情况下，黄铜阀门在使用的时候容易出现冻裂的情况。所以应该注意严寒季节必须对阀门进行必要的防护、存放以及使用。特别是在出口端完全封闭的情况下，如果遭遇冰冻天气，水结冰在管道中发生了体积的膨胀，通过实验发现产生了大于30MPA的膨胀应力，这个数量级产生的破坏，很有可能导致黄（下转第284页）（上接第285页）铜产品，在其最薄弱的地方出现一些胀裂的情况。一些技术人员认为按照技术参数的标准，里面规定黄铜阀门的工作温度的下限为-40℃，承受0 ℃以及结冰天气应该是没有什么问题的，但是对于-40℃这个限制主要是针对各种不一样的介质来说的，而阀门正常工作最重要的基础就是在任何低温的时候，在管道里面都有流动的液体，并且处于流动状态。

（四）阀门泄漏

热锻工艺有一个非常大的优势就是制造出来的阀门致密度高，避免了一些渗漏现象的出现。一般情况下热锻阀门的应用中，泄漏的比例在不合格产品中占据了5%左右。这种现象出现的主要因为是管道安装过程中，一般都是采用镀锌管，与之相对应黄铜热锻产品的硬度低，在旋合深度过长的时候，黄铜阀门密封面部位非常容易出现变形，因此出现了泄漏的情况。

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