查昭

【摘 要】黃銅閥門在現(xiàn)代閥門制造中有著舉足輕重的作用，本文對(duì)黃銅閥門進(jìn)行相應(yīng)的研究，針對(duì)原材料、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、安裝方法、使用環(huán)境等多個(gè)方面對(duì)黃銅閥門制造過程中所出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行了全面的分析，指出黃銅閥門自身所具有的缺陷，比如：組織疏松，顆粒大等，并對(duì)熱鍛黃銅閥門可靠性會(huì)產(chǎn)生影響的一些因素進(jìn)行了探討，提出一些解決的方案。

【關(guān)鍵詞】黃銅閥門；缺陷；質(zhì)量控制

通過對(duì)目前黃銅合金熱鍛產(chǎn)品的統(tǒng)計(jì)，顯示絕大多數(shù)的黃銅熱鍛產(chǎn)品都是五金產(chǎn)品，在這些產(chǎn)品之中，閥門、水嘴和銅管連接器件是這些產(chǎn)品中的主力。一般而言，黃銅熱鍛產(chǎn)品的構(gòu)造相對(duì)比較的復(fù)雜，容易出現(xiàn)非常大的變形率，熱鍛過程中，就冷隔、起皮、折疊等等缺陷時(shí)有發(fā)生。因?yàn)闊徨懝に囋阢~合金中使用歷史不足20年，外加熱鍛工藝“固態(tài)鑄造”所具有的的特性，熱鍛缺陷的發(fā)現(xiàn)有著很大的難度，一些經(jīng)檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品，特別是使用的中后期，出現(xiàn)過的故障甚至失效，對(duì)于這些問題應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?。本文針?duì)黃銅閥門的自身缺陷和使用過程中的失效情況進(jìn)行了分析，并且提出了解決方案。

一、黃銅原材料質(zhì)量引起的熱鍛件缺陷

（一）化學(xué)成分和雜質(zhì)的影響

在進(jìn)行鍛造的過程中，鍛造棒中所含有的化學(xué)成分一些雜物的對(duì)于黃銅棒原材料中的Sb、Al等等元素對(duì)黃銅熱鍛有著非常大的危害性。通過對(duì)各項(xiàng)試驗(yàn)的資料進(jìn)行分析依據(jù)對(duì)客戶反饋的信息進(jìn)行收集，可以發(fā)現(xiàn)如果黃銅棒料中Al的含量超過0.35%，Sb的含量超過0.015%，制造出來了產(chǎn)品就會(huì)非常的脆弱，在安裝和使用的時(shí)候，就容易出現(xiàn)開裂的狀況。不僅如此黃銅棒如果原材料的主成分，如Cu含量相對(duì)比較的低，相反Pb的含量相對(duì)較高，都很有可能造成缺陷。但是如果Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低，低于了55%，Pb的含量超過了4%，就超過了標(biāo)準(zhǔn)的要求，很有可能導(dǎo)致塑性和可鍛性大大的降低，產(chǎn)品制造完成之后，毛坯塑性以及力學(xué)性能都會(huì)有很大幅度的下降，產(chǎn)品就很容易出現(xiàn)開裂和斷裂的現(xiàn)象。通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，黃銅棒中雜質(zhì)總和如果超過2.5%，開裂的情況就非常的明顯。黃銅棒原材料在進(jìn)行熔煉的時(shí)候，進(jìn)場(chǎng)大量使用銅屑以及飛邊等回用料。因此，很有可能使氧化物和夾雜物含量大大的增加，其結(jié)果就是黃銅棒本身的力學(xué)性能相對(duì)較低，產(chǎn)品的性能就難以保證，因此原材料的化學(xué)成分測(cè)試是必不可少的，同時(shí)也要做一些力學(xué)性能測(cè)試，有些特殊材料還要做耐脫鋅測(cè)試和氨薰測(cè)試。確保材料合格才可以繼續(xù)完成下一道工序。

（二）熱鍛棒料加熱方式的影響

對(duì)熱鍛棒料進(jìn)行加熱，一般由以下的幾種方式：電爐加熱、中頻感應(yīng)加熱等等。在目前電爐加熱方式已經(jīng)不再使用，這主要的原因是電爐箱體內(nèi)溫度不均勻，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)高溫區(qū)域的部分銅棒受到高溫的影響而融化。通過大量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槿加图訜岬臒嵝时容^的低，晶粒尺寸就會(huì)顯得更加的粗大，特別是經(jīng)過二次加熱后一些晶界就會(huì)被熔化，晶粒相應(yīng)的粗大。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不管采用哪種加熱方式，如果進(jìn)行二次加熱都會(huì)大大影響鍛件的品質(zhì)，所以只有在一次熱鍛難以成型的產(chǎn)品中，二次加熱才可以被使用，就是使用二次成型的方式的時(shí)候，也應(yīng)該對(duì)加熱溫度以及加熱速度實(shí)施準(zhǔn)確的控制，但是一般情況下應(yīng)該采用一次成型的鑄造工藝。

二、熱鍛成型過程中造成的黃銅閥門缺陷

黃銅閥門的閥體零件通過熱鍛，進(jìn)行成型主要有以下的幾個(gè)過程，第一步：閥體中腔首先成型，第二步：閥體上緣以及左右兩側(cè)上翼緊接著成型，第三部：左右兩側(cè)以及閥體內(nèi)腔繼續(xù)成型，第四部：外形和閥體內(nèi)腔完全成型，在閥體的外緣四周伴隨著充型過程的進(jìn)行逐步的“生長”。整個(gè)過程中，很容易出現(xiàn)以下兩種缺陷。

（一）鍛件流線分布不順

一般而言，鍛件流線分布不順是主要指的是由于設(shè)計(jì)不當(dāng)、或者是熱鍛設(shè)備所選擇的噸位不是特別的合理等，從而導(dǎo)致了對(duì)毛坯進(jìn)行鍛造的時(shí)候充型的各路支流容易出現(xiàn)交匯。工人在進(jìn)行操作的時(shí)候，如果操作不當(dāng)，涂抹的脫模劑的用量過多或者過少、型芯磨損、型腔龜裂都非常有可能使金屬出現(xiàn)不均勻的流動(dòng)，這樣就會(huì)使鍛件流線的分布不是特別的順暢。如果流線的分布不順，毛坯的力學(xué)性能也會(huì)相應(yīng)的降低，制造出來的性能很有可能和設(shè)計(jì)者的意愿有很大的差距，這所帶來的問題非常的嚴(yán)重。通過顯微鏡對(duì)黃銅閥體鍛件進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)及時(shí)看起來非常光滑平整的表面也有一些流線不順的情況。

（二）折疊

折疊形成的原因是黃銅合金在進(jìn)行充型的過程中和氧化的表層金屬融合在一起從而形成的，折疊的形成可以是由兩股也可以使多股金屬交匯產(chǎn)生的，一股金屬的急速大量流動(dòng)也可以使鄰近的表層金屬發(fā)生流動(dòng)，從而匯合形成折疊。如果變形金屬出現(xiàn)了彎曲或一部分的金屬出現(xiàn)了局部變形被壓入另一部分金屬折疊的情況，這些情況都和原料的高度比、模具設(shè)計(jì)、潤滑情況以及操作人員的技術(shù)熟練程度有著明顯的聯(lián)系。如果出現(xiàn)嚴(yán)重的折疊，很有可能使原本粘連的黃銅合金表層金屬在進(jìn)行加工的過程中出現(xiàn)翹起以及脫落的情況，特別是閥體表面的凸起字體特別嚴(yán)重的時(shí)候，標(biāo)識(shí)字體不完整的情況經(jīng)常的出現(xiàn)。

三、熱鍛閥門常見的失效分析

（一）閥門開裂

1、由于熱鍛缺陷導(dǎo)致的開裂

在安裝和使用過程中，熱鍛閥門出現(xiàn)開裂比例一般占不合格品的50%左右，一般顯示為閥體安裝時(shí)六角部位會(huì)出現(xiàn)開裂，甚至是在成型的時(shí)候在分型面處出現(xiàn)開裂的情況。因此熱鍛過程中的加熱是關(guān)鍵，盡量避免出現(xiàn)過熱和過燒現(xiàn)象。過熱會(huì)導(dǎo)致金屬晶粒粗大，鍛造后熱處理過程中可以彌補(bǔ)；過燒會(huì)破壞晶粒間結(jié)合力，一鍛即碎，損失不可挽回。

熱鍛后的毛坯內(nèi)部裂紋可用專用探傷設(shè)備去做測(cè)試。

2、環(huán)境因素導(dǎo)致的開裂。一些熱鍛黃銅閥門雖然不存在明顯的缺陷，但是還是出現(xiàn)了開裂，這種情況一般是因?yàn)樘厥獾沫h(huán)境因素導(dǎo)致的。比如安裝在中央空調(diào)冷卻水管路的熱鍛閥門，因?yàn)槠涔苈菁y機(jī)在生產(chǎn)的過程中吸收了大量應(yīng)力，以及安裝的時(shí)候沒有遵循進(jìn)行同側(cè)扳鉗操作的操作細(xì)則，很容易使安裝的應(yīng)力形成了疊加，一些特殊使用環(huán)境的影響，就很有可能使產(chǎn)品出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂，因此產(chǎn)品的去應(yīng)力退火是一種好的解決方案，具體的材料退火的溫度和保溫的時(shí)間是不同的，這需要工程設(shè)計(jì)人員進(jìn)行試驗(yàn)后來確認(rèn)，筆者建議一般黃鍛材料的毛坯低溫退火在280oC-300 oC、保溫2-3小時(shí) ；DZR材料的毛坯一般采用460 oC -480 oC、保溫2-4小時(shí) 在樣品開發(fā)階段以及批量生產(chǎn)時(shí)，都在去做氨薰測(cè)試來驗(yàn)證產(chǎn)品的質(zhì)量是否可靠。

3、壓力試驗(yàn)結(jié)果不正確導(dǎo)致的開裂。很多的時(shí)候，試驗(yàn)設(shè)備上的壓力表單位，和具體操作的工程安裝人員的通俗叫法有一些不一致的地方，特別是對(duì)于一些進(jìn)口設(shè)備，在設(shè)備上就有多種壓力的量綱，外加一些工程單位對(duì)工程進(jìn)行了層層轉(zhuǎn)包，一些進(jìn)行管道工程以及安裝和調(diào)試的時(shí)候，相關(guān)操作人員的專業(yè)素質(zhì)業(yè)績崗位能力欠缺，都有可能使壓力試驗(yàn)結(jié)果不正確導(dǎo)致的開裂，所以產(chǎn)品需要清晰的標(biāo)明的公稱壓力，防止超過額定壓力發(fā)生重大安全事故。

（二）斷裂

在熱鍛閥門在使用的過程中，出現(xiàn)斷裂比例占據(jù)了不合格產(chǎn)品中的25%左右。這些斷裂情況一般會(huì)出現(xiàn)在閥蓋以及閥體的壁厚相對(duì)比較薄弱的地方。斷裂產(chǎn)生的原因主要有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、介質(zhì)腐蝕斷裂、熱鍛成型過程缺陷、熱鍛模具設(shè)計(jì)不合理等等原因，因此在相關(guān)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的模具設(shè)計(jì)過程中，必須多工藝特點(diǎn)進(jìn)行更多的考慮，在設(shè)計(jì)的時(shí)候盡量使用圓角過渡，特別對(duì)于閥體以及閥蓋分型面進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，閥門分型面處斷裂最直接的產(chǎn)生原因是分型面和內(nèi)外加工基準(zhǔn)面出現(xiàn)了匯合，因此在操作的時(shí)候應(yīng)該注意。

（三）凍裂

對(duì)于在一些特定情況下，黃銅閥門在使用的時(shí)候容易出現(xiàn)凍裂的情況。所以應(yīng)該注意嚴(yán)寒季節(jié)必須對(duì)閥門進(jìn)行必要的防護(hù)、存放以及使用。特別是在出口端完全封閉的情況下，如果遭遇冰凍天氣，水結(jié)冰在管道中發(fā)生了體積的膨脹，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了大于30MPA的膨脹應(yīng)力，這個(gè)數(shù)量級(jí)產(chǎn)生的破壞，很有可能導(dǎo)致黃（下轉(zhuǎn)第284頁）（上接第285頁）銅產(chǎn)品，在其最薄弱的地方出現(xiàn)一些脹裂的情況。一些技術(shù)人員認(rèn)為按照技術(shù)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，里面規(guī)定黃銅閥門的工作溫度的下限為-40℃，承受0 ℃以及結(jié)冰天氣應(yīng)該是沒有什么問題的，但是對(duì)于-40℃這個(gè)限制主要是針對(duì)各種不一樣的介質(zhì)來說的，而閥門正常工作最重要的基礎(chǔ)就是在任何低溫的時(shí)候，在管道里面都有流動(dòng)的液體，并且處于流動(dòng)狀態(tài)。

（四）閥門泄漏

熱鍛工藝有一個(gè)非常大的優(yōu)勢(shì)就是制造出來的閥門致密度高，避免了一些滲漏現(xiàn)象的出現(xiàn)。一般情況下熱鍛閥門的應(yīng)用中，泄漏的比例在不合格產(chǎn)品中占據(jù)了5%左右。這種現(xiàn)象出現(xiàn)的主要因?yàn)槭枪艿腊惭b過程中，一般都是采用鍍鋅管，與之相對(duì)應(yīng)黃銅熱鍛產(chǎn)品的硬度低，在旋合深度過長的時(shí)候，黃銅閥門密封面部位非常容易出現(xiàn)變形，因此出現(xiàn)了泄漏的情況。

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