铜合金水表外壳破裂失效检测分析

　　铜合金自来水表外壳在使用中发生破断开裂，造成水泄漏，见图 1。铜合金自来水表外壳是 2004 年出厂，使用半年出现破裂，水表外壳材料为黄铜，铸造成型。出厂检验时通过1. 6 MPa，2 min 和 2. 0 MPa，1 min 耐压试验。实际使用压力: 0. 2 ～0. 4 MPa。

　　为了查明水表外壳开裂的原因，对该水表外壳进行了理化检测与分析。

　　1 理化检测

　　1. 1 宏观形貌

　　水表外壳破断开裂部位均在有螺纹部位，并且内圆裂纹多于外圆，断口比较平齐，无塑性变形，断口面覆盖较多深绿色氧化物，呈现出脆性断裂特征形貌( 图 2) 。水表壳内外表面均附着深绿色的覆盖物( 图 3) 。

　　1. 2 扫描电镜与能谱分析

　　在 FEl Quanta200 型扫描电子显微镜下观察，水表外壳开裂部位断口边缘存在较多的呈树枝状的二次裂纹( 图 4) 。断口为穿晶解理断口形貌见图 5。断口及裂纹边缘附着氧化物形貌见图6。能谱分析中主要元素数据见表 1 和图 7。

1. 3 金相组织分析

　　在破裂水表圆周方向取样，磨制切向面在金相显微镜50 × 下观察到，铜合金水表裂纹起始于螺纹的齿根部( 图8) ，500 × 下可观察到裂纹呈穿晶扩展( 图 9) 。金相组织为正常 α + β + Pb( 颗粒) 组织，见图 10

　　1. 4 化学成分

　　水表破断部位经取样进行化学成分分析，由表 2 数据( 质量分数) 可知，自来水表外壳为 59 铅黄铜，其化学成分符合 GB 5232 －85 标准中技术要求。

　　2 分析与结论

　　铜合金水表外壳破裂断口平齐，无塑性变形，断口微观形貌呈解理断口形貌。断裂面高低倍断口形貌表示，水表该部位产生的破断属于脆性断裂。裂纹起始于水表齿根部( 图 8) ，穿晶呈树枝状扩展( 图 9) 。树枝状裂纹形貌是金属材料在特定条件下产生了应力腐蚀的特征形貌。

　　应力腐蚀开裂是一种机械-环境破坏过程。在此种过程中，金属零件内部断裂的开始和扩展都是受到机械应力和化学腐蚀的综合作用。这种情况产生于所承受的拉应力和一种特定的腐蚀环境的协同作用。应力腐蚀开裂引起的破坏经常起因于暴露在看起来似乎作用微弱的化学环境中，同时所承受的拉应力也低于金属的屈服强度。在这种情况下，虽然表面上可能仅显现出小量微不足道的腐蚀，但细裂纹可能已深入零件内部[1]。

　　空气中的微量二氧化硫引起黄铜的应力腐蚀开裂更为普遍[2]。

　　在大气环境中促进铜合金产生应力腐蚀开裂的物质有二氧化硫( 湿)[2]。