水龙头阀体开裂原因分析

方少林

摘 要：采用金相检验、能谱分析以及壁厚检测等方法对水龙头铜阀开裂原因进行了分析。结果表明，水龙头阀体存在壁厚偏薄且不均匀的现象，导致其承载能力大幅降低，与阀体开裂存在因果关系。

关键词：水龙头；阀体开裂；铜阀；黄铜

中图分类号：TG146.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）23-0039-02

铜阀在使用过程中，会受到内应力和工作应力的共同作用，一旦断裂失效会造成漏水事故的发生，产生严重后果。目前，国内学者对铜阀断裂原因进行了大量研究。陈彩霞等人[1]发现铅黄铜阀盖热处理不当，显微组织α相沿着晶界呈网状分布，导致RHPb56-4铅黄铜空调水阀门在使用5个月后发生断裂。莫明珍等人[2]研究发现，ZHPb59-1铜阀在加工应力和安装应力的共同作用下，在潮湿的环境中短期会发生应力腐蚀开裂。某型号水龙头铜阀在使用过程中发生开裂，造成漏水事故[3]。为了探明该铜阀开裂的原因，本文对其进行了开裂失效分析。

1 试验材料与方法

开裂失效的水龙头铜阀整体外观如图1所示。对铜阀进行外观检查，发现其表面光泽均匀，在水龙头阀体中部发现存在向外鼓起变形和开裂现象，未发现脱皮、露底、剥落、黑斑及明显的麻点、毛刺等缺陷见图2所示。对铜阀开裂部位进行切割取样，对壁厚进行测量。采用OLYMPUS BX51M光学显微镜对铜阀进行金相组织检验。在HITACHI S-4800扫描电子显微镜上，对铜阀基体和表面镀层进行能谱分析。

2 试验结果

2.1 尺寸检测

将水龙头阀体沿中心线纵向剖开为两部分，分别为检材1、检材2，其中检材2存在开裂现象。检材1、检材2的外观和内部结构一致（见图3所示）。对检材1、检材2对应方框内的部位进行切割，发现检材1、检材2的壁厚差异明显（见图4所示）。检材1的壁厚较为均匀，平均厚度约为2.84mm。检材2壁厚明显比检材1的薄，且壁厚不均匀，呈现中间薄、两边厚的特征，端面最厚处达1.12mm，端面最薄处仅为0.48mm。

将检材2沿开裂处切开，并依据GB/T 19863-2005《体视显微镜试验方法》对断口进行观察，发现断口部位壁厚最薄（见图5所示），经测量断口部位平均壁厚为0.44mm。

2.2 能谱分析

根据GB/T 17359-2012《微束分析能谱法定量分析》对检材2基体和表面镀层进行能谱分析（见图6、7所示）。由图6可知，检材2基体由铜（Cu）、锌（Zn）元素组成，其中铜元素含量为60.93%，锌元素含量为39.07%。由图7可知，表面镀层由镍（Ni）、铬（Cr）元素和少量铜（Cu）元素组成，其中镍元素含量为85.04%，铬元素含量为8.87%。

2.3 金相检验

根据GB/T 13298-2015《金属显微组织检验方法》对检材2进行金相检验，发现检材2显微组织为α+β相组织（见图8所示）。

3 分析与讨论

由外观检查可知，涉案水龙头阀体存在鼓起变形和开裂现象，表明阀体受到由内向外的应力作用。由尺寸检测可知，检材1壁厚均匀，平均壁厚为2.84mm，检材2壁厚偏薄且不均匀，开裂处壁厚最薄，平均壁厚仅为0.44mm。由能谱分析可知，涉案水龙头阀体基体材质为黄铜，阀体表面做了镀镍和铬处理。由金相检验可知，涉案水龙头阀体基体显微组织为α+β相组织，未见异常。检材2最薄处的壁厚远远小于检材1的壁厚，导致检材2的承载能力大幅降低。当遇到寒冷天气时，水龙头阀体内水结冰，体积膨胀，易在检材2壁厚最薄部位由內向外发生鼓起、开裂。

4 结语

水龙头阀体存在壁厚偏薄且不均匀的现象，导致其承载能力大幅降低，与阀体开裂存在因果关系。

参考文献

[1]陈彩霞，郑杨艳.空调水铜阀断裂原因分析及预防[J].金属热处理，2015，（1）：204-207.

[2]莫明珍，谭莹，郭春文，等.铜阀应力腐蚀开裂分析[J].热加工工艺，2014，（6）：213-214.

[3]张鸣，伍超群，李扬.铅黄铜阀体开裂原因分析[J].材料研究与应用，2009，（3）：200-203.endprint