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黄铜北京三通接头出现裂纹问题的分析案例

时间:2021-11-11 22:47:00来源:http://beijing.cnpush-in.cn/news716321.html

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黄铜三通接头出现裂纹问题的分析案例


某黄铜三通接头在打压试验进行 20 天后产生裂纹。经过宏观及微观检验,结果表明,三通接头化学成分、显微组织及低倍组织均符合相关标准规定。由于接头内螺纹表面附着含 S 元素介质,断口显示沿晶断裂特征。沈阳铸造研究所从黄铜双空位机制脱锌腐蚀角度研究了导致三通接头产生应力腐蚀开裂的原因。

三通接头化学成分符合相关标准规定,金相组织无异常,低倍组织无冶金及其它加工缺陷,显示接头材质及锻造质量无致裂因素。断口显示应力腐蚀开裂特征,表明三通接头的应力腐蚀敏感性强。

铜合金中黄铜的应力腐蚀敏感性Z强。锌含量小于 15% 的黄铜,对应力腐蚀断裂不敏感含锌量达到 20% 的铜合金,其敏感性有所增强 40% 锌的双相黄铜具有高的应力腐蚀敏感性。

黄铜应力腐蚀的发生均伴随着脱锌腐蚀。锌含量高的黄铜在酸性介质中易产生均匀的层状脱锌,α + β双相黄铜的脱锌首先从 β 相开始,β 相完全转变为疏松的铜后,再扩展到 α 相,腐蚀后合金表层的强度显著下降。

有专家提出:表面锌首先在腐蚀过程中阳极溶解产生双空位,然后由于浓度梯度的影响,双空位向合金内部扩散,锌原子向表面扩散,从而产生锌的优先溶解。电位较正的铜元素被留存下来,导致表面产生疏松状的铜层。脱合金元素疏松层对应力腐蚀开裂的发生起到重要的作用。脱合金元素疏松层即脱锌层中存在过饱和的空位和空洞,它们使脱锌疏松层倾向收缩,但基体会阻碍脱锌层的收缩,从而在脱锌层和基体界面处产生一个拉应力。在腐蚀过程中脱锌疏松层产生的拉应力叠加在恒定的外载荷上,从而在较低的外应力下,位错就能发射和运动,进而导致应力腐蚀。而在应力腐蚀开裂过程中,表面脱锌层将不断增长,故而附加应力会一直起作用,促进应力腐蚀开裂的扩展。

影响黄铜脱锌腐蚀的因素主要有合金组织结构因素和外部环境因素。在合金组织结构方面,三通接头的材质为 α + β 双相锌黄铜,应力腐蚀敏感性极强。此外,三通接头件锻后未经消除应力处理,导致材料内应力较大外螺纹部位内表面存在塑性变形沟槽,显示安装时外加扭力过大。

上述条件构成三通接头应力腐蚀开裂的应力因素。在外部环境方面,断口腐蚀产物包含 S 元素,表明接头使用环境中存在 S 元素。环境介质中无论含有 SO2 或者 H2 S 气体,都会加速铜合金的腐蚀特别是应力腐蚀。

总结一下:

1)三通接头化学成分符合相关标准规定,金相组织、低倍组织均无异常。

2)三通接头内螺纹下端局部区域表面附着含 S元素介质,表明接头使用环境中存在 S 元素,在内应力复合作用下,接头内螺纹表面产生应力腐蚀开裂。


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