H65銅合金化學(xué)成分檢測(cè)服務(wù)、銅合金失效分析服務(wù) 失效分析是一門(mén)新興發(fā)展中的學(xué)科，在提高產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)開(kāi)發(fā)、改進(jìn)，產(chǎn)品修復(fù)及仲裁失效事故等方面具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。失效可能發(fā)生在產(chǎn)品壽命周期的各個(gè)階段，通過(guò)對(duì)失效樣品進(jìn)行測(cè)試分析，確認(rèn)失效模式、分析失效機(jī)理，明確失效原因，終給出預(yù)防對(duì)策，減少或避免失效的再次發(fā)生。

摘要：本文是對(duì)實(shí)際應(yīng)用中失效銅合金樣品進(jìn)行失效分析案例，綜合運(yùn)用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP)、顯微維氏硬度計(jì)、金相顯微鏡、掃描電鏡（SEM-EDS）等分析儀器，通過(guò)對(duì)樣品宏觀外觀、化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)、微觀形態(tài)、能譜等參數(shù)進(jìn)行綜合分析，從而明確失效機(jī)理，給出改進(jìn)建議。

正文：

1、樣品信息綜述：

樣品為地暖分體式分集水器，應(yīng)用于家庭采暖系統(tǒng)中做分/集水用，使用時(shí)管內(nèi)工作壓力為0.3?0.4Mpa，市政供暖熱水水溫＜65℃；

失效情況：產(chǎn)品使用一個(gè)采暖期（一年）后復(fù)檢時(shí)球閥接頭在安裝螺紋處斷裂，失效樣品集中出現(xiàn)在2015年8月、9月、10月生產(chǎn)批次的產(chǎn)品，失效概率為5%?6%；

成型工藝：坯料為連鑄銅棒，對(duì)坯料銅棒經(jīng)過(guò)紅沖熱鍛后一次性成型→空冷至室溫→切邊和表面機(jī)加工→噴丸→電鍍鎳；

紅沖熱鍛工藝：燃?xì)鈬姛艏訜?/span>5-10s，銅棒燒紅溫度達(dá)到700℃?800℃，熱加工一次性成型；

球閥材質(zhì)：銅鋅合金（鉛黃銅），牌號(hào)：HPb58-3。

失效分析過(guò)程：

2.1 外觀檢查

通過(guò)對(duì)失效球閥斷口進(jìn)行宏觀檢查分析可以得出：

1）斷裂出現(xiàn)在位于螺紋中間的“O”型密封圈卡槽處，沿著卡槽上下的螺紋根部開(kāi)始斷裂，向圓周面擴(kuò)展；

2）斷口邊緣無(wú)明顯塑性變形，斷口呈臺(tái)階狀參差不齊，存在“之”字形擴(kuò)展裂紋，由裂紋開(kāi)裂方向可以判斷樣品受到垂直于裂紋的拉應(yīng)力作用。

2.2 成分分析

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 5231-2012 加工銅及銅合金化學(xué)成分分析

檢測(cè)儀器：電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICP）

表1：銅合金化學(xué)成分：

兩種產(chǎn)品材質(zhì)中的銅（Cu）含量均小于標(biāo)準(zhǔn)要求值，錫（Sn）含量均超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求的≤0.5%，雜質(zhì)元素總和含量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求，故兩種產(chǎn)品材質(zhì)不符合鉛銅合金 HPb 58-3牌號(hào)的要求。

2.3 硬度測(cè)試

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 4340.1-2009 金屬材料 維氏硬度試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法

檢測(cè)儀器：顯微維氏硬度計(jì)

ZL-1#樣的硬度值明顯小于ZL-2#樣的硬度；ZL-1#樣硬度值基本均勻，ZL-2#樣硬度值5#點(diǎn)的位置測(cè)試結(jié)果偏大，其他位置硬度值基本均勻。

2.4 金相分析

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：YS/T 449-2002 銅及銅合金鑄造和加工制品顯微組織檢驗(yàn)方法；

YS/T 347-2004 銅及銅合金 平均晶粒度測(cè)定方法

檢測(cè)儀器：金相顯微鏡

ZL-1#樣平金相圖片：

對(duì)ZL-1#樣品進(jìn)行金相分析可得：

1）該鉛銅合金金相組織為：α+β+Pb三相組成；α相為鋅在銅基體中的固溶體，呈白色粗大組織；β相和Pb相腐蝕后呈灰黑色，受熱加工影響β相粗大呈鏈條狀分布，Pb相呈顆粒狀（質(zhì)點(diǎn)）分布；

2）由于熱加工溫度超過(guò)α相再結(jié)晶溫度使得晶界交匯處出現(xiàn)再結(jié)晶α相；

3）螺紋端β相分布明顯多于螺紋遠(yuǎn)離端β相的含量（螺紋端、螺紋遠(yuǎn)離端說(shuō)明見(jiàn)Fig.9）；

4）通過(guò)對(duì)金相顯微組織觀察可以發(fā)現(xiàn)斷口處為穿晶斷裂。

ZL-2#樣平金相圖片：

對(duì)ZL-2#樣品進(jìn)行金相分析可得：

1）該鉛銅合金金相組織為：α+β+Pb三相組成，α相為白色粗大組織，β相成網(wǎng)狀分布，塊狀β組織含量較少；Pb相呈顆粒狀（質(zhì)點(diǎn)分布）分布，發(fā)現(xiàn)LZ-2#樣中的Pb顆粒較LZ-1#樣中的Pb相分布更多、更彌散。

2）受熱加工溫度影響LZ-2#金相組織中同樣存在α再結(jié)晶相，但較LZ-1#樣中的再結(jié)晶晶粒更細(xì)?。?/span>

3）通過(guò)對(duì)比螺紋端、中部、螺紋遠(yuǎn)離端的金相顯微組織可以發(fā)現(xiàn)LZ-2#樣三個(gè)位置的金相組織相差不大，說(shuō)明整個(gè)樣品中α相、β相和Pb相的分布更均勻（螺紋端、螺紋遠(yuǎn)離端說(shuō)明見(jiàn)Fig.9）；

2.5 斷口分析

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 20307-2006 納米級(jí)長(zhǎng)度的掃描電鏡測(cè)量方法通則

檢測(cè)儀器：掃描電鏡

斷口微觀圖片：

對(duì)ZL-1#樣品斷口進(jìn)行分析可得：

1）斷口宏觀特征：斷面無(wú)明顯塑性變形，斷口呈臺(tái)階狀，裂紋沿垂直于拉應(yīng)力的方向擴(kuò)展；

2）斷口微觀特征：斷口微觀形貌中無(wú)韌性斷裂特征，斷口形貌為層狀斷口，斷裂面存在連續(xù)和不連續(xù)的分叉二次裂紋，二次裂紋的斷口中存在脆性斷裂特征——解理臺(tái)階，上述斷口微觀形貌均符合應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的特征；

3）斷口中存在大量的疏松孔洞，結(jié)合能譜分析可以得出沿著CuZn電子化合物周圍出現(xiàn)疏松孔洞，可能為脫鋅腐蝕導(dǎo)致；

4）結(jié)合能譜分析發(fā)現(xiàn)在螺紋加工面位置4和位置5的成分基本相同，可以得出該位置出現(xiàn)的連續(xù)黑色質(zhì)點(diǎn)為氣孔。

2.6 能譜分析

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 17359-2012 微束分析 能譜法定量分析

檢測(cè)儀器：掃描電鏡

1）通過(guò)位置1和位置2的成分分析可以發(fā)現(xiàn)位置1處的片狀白色氧化物為氧化鋅，位置2為銅鋅基體，說(shuō)明斷口處鋅的分布不均勻；

2）位置3為CuZn電子化合物；

3）位置4和位置5處的成分基本相同，故黑色連續(xù)質(zhì)點(diǎn)為氣孔；

4）位置6為球閥內(nèi)腔中的黃色腐蝕物為三氧化二鐵（Fe2O3）,結(jié)合該銅合金化學(xué)成分分析的結(jié)果中鐵（Fe）的含量可以判斷，球閥內(nèi)腔中鐵銹可能為從管道中引入沉積于球閥內(nèi)壁。

3、失效分析結(jié)論

綜上分析可得，LZ-1#樣斷裂失效的原因?yàn)椋簾峒庸囟鹊牟痪鶆蚴沟么嘈驭孪噍^大且呈帶狀分布，極大的降低了材料的塑性；球閥中存在較大的軸向殘余內(nèi)應(yīng)力，安裝后球閥受到拉應(yīng)力作用；試樣在潮濕的空氣或水中，銅合金沿加工損傷/缺口或材料組織缺陷（如氣孔等）處發(fā)生腐蝕，產(chǎn)生疏松孔洞等缺陷，導(dǎo)致試樣發(fā)生腐蝕應(yīng)力開(kāi)裂。

結(jié)束語(yǔ)：材料失效分析是檢測(cè)重要的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，在失效分析領(lǐng)域多年的服務(wù)，在業(yè)界積累優(yōu)良的口碑和信譽(yù)。作為獨(dú)立的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)專業(yè)的技術(shù)、先進(jìn)的儀器、敬畏的態(tài)度，為客戶提供公正、獨(dú)立、準(zhǔn)確的分析報(bào)告。