摘 要:某清洗機(jī)用雙自封高液壓氣管接頭在組裝時(shí)出現(xiàn)裂紋,采用化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)、 力學(xué)性能試驗(yàn)等方法,對(duì)接頭開(kāi)裂的原因進(jìn)行了分析.結(jié)果表明:接頭開(kāi)裂主要是由于接頭材料在 冷拉成型后退火處理不當(dāng),導(dǎo)致組織中存在大量冷變形過(guò)程中形成的滑移線(xiàn),造成材料強(qiáng)度和硬度 都較高,材料脆性增大塑性減小,從而使接頭在組裝過(guò)程中因受力發(fā)生開(kāi)裂. 

關(guān)鍵詞:雙自封高液壓氣管;接頭;冷變形;滑移線(xiàn);退火 

中圖分類(lèi)號(hào):TH１３１．３ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０１９)０９Ｇ０６４３Ｇ０３

清洗機(jī)用雙自封高液壓氣管接頭在用定力扭矩 扳手組裝時(shí)發(fā)生卡殼,經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)接頭的螺紋端部 出現(xiàn)了長(zhǎng)度約為３mm 的裂紋,如圖１所示.接頭 整體呈階梯狀,其中螺紋部位材料為 HPb６３Ｇ３鉛黃 銅,是由規(guī)格為?１２mm 的冷拉制銅棒經(jīng)退火后加 工得到.螺紋部位之外較粗的部分被注塑封裹處 理.開(kāi) 裂 處 螺 紋 規(guī) 格 為 M８ mm,螺 紋 管 壁 厚 ０．８mm.為查明開(kāi)裂形成的原因,筆者對(duì)開(kāi)裂的接 頭以及同批次的原材料取樣進(jìn)行檢驗(yàn)和分析,以期 找到有效的措施避免類(lèi)似失效的再次發(fā)生.

１ 理化檢驗(yàn) 

１．１ 化學(xué)成分分析 

從接頭開(kāi)裂的螺紋部位取樣,用 MAXxLMM１４型SPECTRO直讀光譜儀進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果如 表１所示.可見(jiàn)開(kāi)裂接頭的化學(xué)成分均符合GB/T ５２３１－２０１２«加工銅及銅合金牌號(hào)和化學(xué)成分»對(duì) HPb６３Ｇ３黃銅成分的技術(shù)要求.

１．２ 金相檢驗(yàn) 

截取垂直于開(kāi)裂面的剖面試樣,經(jīng)磨制、拋光后,用三氯化鐵鹽酸水溶液(５g三氯化鐵＋５０mL 鹽酸＋１００mL蒸溜水)浸蝕,使用 DMI３０００M 型光 學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀(guān)察.由圖２可見(jiàn),試樣剖面的裂紋 貫穿螺紋管壁,裂紋尾端尖細(xì),屬于典型的應(yīng)力裂 紋;裂紋兩側(cè)組織無(wú)明顯異常,高倍下觀(guān)察到顯微組 織為α相和鉛顆粒[１],晶內(nèi)存在大量冷變形滑移線(xiàn).

１．３ 硬度試驗(yàn) 

采用 DIA TESTER２RC型 WOLPERT 硬度計(jì) 在與接頭開(kāi)裂部位材料同批次的 HPb６３Ｇ３鉛黃銅棒 上取樣,對(duì)試樣橫截面進(jìn)行布氏硬度測(cè)試.銅棒規(guī)格 為?１２mm,標(biāo)尺選用 HBW２．５/１８７．５,加載時(shí)間為 １５s.得到同批次銅棒的硬度實(shí)測(cè)值為７２．８,７１．３, ７２．７HBW２．５/１８７．５,平 均 值 為７２．３HBW２．５/１８７．５, 均高于行業(yè)圖紙規(guī)范要求的６５~６９HBW２．５/１８７．５ 范圍的最高值. 

１．４ 拉伸試驗(yàn) 

在與接頭開(kāi)裂部位材料同批次的 HPb６３Ｇ３鉛 黃銅棒上取拉伸試樣,按照 GB/T２２８．１－２０１０«金 屬材料 拉伸試驗(yàn) 第１部分:室溫試驗(yàn)方法»,采用CMT５３０５型萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn), 結(jié)果見(jiàn)表２.可見(jiàn)試樣的抗拉強(qiáng)度比 GB/T４４２３－ ２００７«銅及銅合金拉制棒»對(duì) HPb６３Ｇ３黃銅的技術(shù) 要求值高５８MPa.

２ 分析與討論 

由上述理化檢驗(yàn)結(jié)果可知,與接頭開(kāi)裂部位材 料同批次的 HPb６３Ｇ３鉛黃銅棒的硬度超出圖紙規(guī) 范要求,其抗拉強(qiáng)度比 GB/T４４２３－２００７標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 值高５８MPa;組織中存在冷變形滑移線(xiàn).HPb６３Ｇ３ 鉛黃銅棒中鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于３６％,是典型的單相 α鉛黃銅[１].該材料是面心立方(FCC)結(jié)構(gòu),具有 較多的滑移系,在冷變形加工過(guò)程中,受外力作用時(shí) 極易發(fā)生滑移變形,從而在晶內(nèi)出現(xiàn)大量滑移線(xiàn)[２], 經(jīng)再結(jié)晶退火處理后形成孿晶組織[１].而對(duì)接頭開(kāi) 裂部位進(jìn)行金相檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),顯微組織中只存在冷變 形滑移線(xiàn),沒(méi)有退火孿晶組織,這表明該接頭所用 HPb６３Ｇ３鉛黃銅棒的冷拉制變形工藝正常,但是退 火處理不夠,造成其強(qiáng)度和硬度偏高,從而其脆性增 大,塑性減小,導(dǎo)致接頭在組裝時(shí)受力而開(kāi)裂[３].

由于該批次 HPb６３Ｇ３鉛黃銅棒為國(guó)外進(jìn)口,如 果退回原廠(chǎng)重新加工所需周期太長(zhǎng),且其采購(gòu)量很 大,成本較高,因此需要找到有效的補(bǔ)救辦法.綜 上,筆者認(rèn)為最有效的辦法是對(duì)鉛黃銅棒進(jìn)行再結(jié) 晶退火處理.但由于此前鉛黃銅經(jīng)過(guò)拉制冷變形和 不充分的退火處理,其組織和應(yīng)力狀態(tài)較復(fù)雜,因此 再結(jié)晶退火溫度的選擇非常關(guān)鍵.需要注意的是, 再結(jié)晶溫度不是恒定的溫度,其與變形程度密切相 關(guān)[４].同時(shí),由于鉛黃銅在拉制冷變形后晶粒變形 大,位錯(cuò)密度高,組織不穩(wěn)定,向低能量變化的傾向 更大,由此推斷鉛黃銅棒的再結(jié)晶溫度較低.但是, 如果溫度太低達(dá)不到再結(jié)晶溫度,鉛黃銅不會(huì)再結(jié) 晶形核或者形核速度非常緩慢;如果再結(jié)晶溫度太 高,晶粒會(huì)在形核后快速長(zhǎng)大,從而弱化鉛黃銅的力 學(xué)性能[５Ｇ６]. 

為找到經(jīng)濟(jì)有效的退火工藝,筆者選取同批次 鉛黃銅棒４截,長(zhǎng)度均為２００mm,在２６０,３００,３５０, ４００℃下分別退火處理１h,再按上述步驟進(jìn)行布氏 硬度測(cè)試和室溫拉伸試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表３所示. 可見(jiàn)隨著退火溫度的升高,試樣的布氏硬度和抗拉 強(qiáng)度均出現(xiàn)下降趨勢(shì);３００ ℃和３５０ ℃下試樣的抗 拉強(qiáng)度較適中,略高于標(biāo)準(zhǔn)要求;４００ ℃下試樣的抗 拉強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)要求.

用金相檢驗(yàn)方法觀(guān)察不同溫度退火處理后試樣 的顯微組織.由圖３可見(jiàn),當(dāng)退火溫度為２６０ ℃時(shí), 試樣組織中存在冷變形滑移線(xiàn),所以其抗拉強(qiáng)度偏 高,仍有開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn);當(dāng)退火溫度為３００ ℃和３５０ ℃ 時(shí),試樣組織為均勻的α相＋鉛顆粒;當(dāng)退火溫度為 ４００ ℃時(shí),試樣組織正常,但是晶粒有長(zhǎng)大傾向.

３ 結(jié)論及建議 

該開(kāi)裂接頭的 HPb６３Ｇ３鉛黃銅部位成分滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn) 要求,但硬度超標(biāo),抗拉強(qiáng)度超出標(biāo)準(zhǔn)值較多;該部位 顯微組織存在冷變形滑移線(xiàn),表明退火處理不充分. 

HPb６３Ｇ３鉛黃銅棒在３００ ℃和３５０ ℃下退火 處理１h均可達(dá)到理想的力學(xué)性能,但綜合考慮其 力學(xué)性能和成本因素,建議實(shí)際生產(chǎn)中在３００ ℃下 對(duì)其退火處理１h,可有效解決接頭開(kāi)裂問(wèn)題.

參考文獻(xiàn): 

[１] 洛陽(yáng)銅加工廠(chǎng)中心實(shí)驗(yàn)室金相組．銅及銅合金金相 圖譜[M]．北京:冶金工業(yè)出版社,１９８３:１Ｇ２． 

[２] 李炯輝．金屬材料金相圖譜[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版 社,２００６:１５２７． 

[３] 崔剛．H６８黃銅彈殼開(kāi)裂原因分析[J]．理化檢驗(yàn)(物 理分冊(cè)),２０１３,４９(３):１８５Ｇ１８８． 

[４] 鐘衛(wèi)佳．銅加工技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M]．北京:冶金工業(yè)出 版社,２００７:８２０Ｇ８２１． 

[５] 王笑天．金屬 材 料 學(xué) [M]．北 京:機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社, １９８７:３９Ｇ４０． 

[６] 郭亮,金獻(xiàn)忠,黃世杰,等．鉛黃銅閥芯部件開(kāi)裂分析 [J]．理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè)),２０１３,４９(９):６２５Ｇ６２７．

文章來(lái)源——材料與測(cè)試網(wǎng)