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概述
现有断裂铜阀残件一枚，宏观形貌如图1所示，可见断裂位置为距法兰平面第二扣螺纹牙底。据反映，试样为手提式二氧化碳灭火器阀门的一部分，试样材质为H59-1，制造工艺为铜棒热冲，表面钝化处理。气瓶内部充装二氧化碳药剂，阀门在服役过程中将承受内部气压作用，铜阀服役4个月后发生开裂，失效概率约为万分之一，现要求分析其开裂原因。
图1 试样宏观形貌
断口分析
图2所示为试样断口宏观形貌，断口附近未发现明显塑性变形，下方约占四分之一断面面积的区域表面呈红褐色，无金属光泽，断面隐约可见放射性条纹，条纹方向由外圈指向内圈。图3所示为断口附近螺纹表面低倍形貌，可见螺纹表面存在明显的绿色腐蚀产物。将断面分为A、B、C三个区域进一步描述。
图2 试样断口宏观形貌
图3 断口附近螺纹表面低倍形貌
图4所示为A区微观形貌，表面存在明显的腐蚀覆盖层。
图4 断面A区微观形貌
图5、图6所示为断面A区能谱分析结果，可见断面存在大量的O元素与微量S、Cl等元素。
图5 断面A区能谱分析结果
图6 断面A区能谱分析结果
图7所示为B区微观形貌，可见明显的解理形貌。
图7 断面B区微观形貌
图8所示为断面C区微观形貌，可见解理形貌与少量沿晶特征。
图8 断面C区微观形貌
图9、图10所示分别为断面B、C两区能谱分析结果，可见除基体元素外均存在一定含量的O元素。
图9 断面B区能谱分析结果
图10 断面C区能谱分析结果
金相检测
垂直断口截取纵截面进行金相观察，图11、图12所示为断面附近抛光态形貌，可见断面附近存在大量二次裂纹，裂纹呈无规律性分布。
图11 断口附近纵向抛光态形貌
图12 断口附近纵向抛光态形貌
图13、图14所示为二次裂纹附近金相组织，可见大部分裂纹穿过β相扩展，少量裂纹沿相界面扩展。
图13 二次裂纹附近金相组织
图14 二次裂纹附近金相组织
图15所示为试样芯部显微组织，为α+β+Pb颗粒，无异常。
图15 试样芯部显微组织
图16所示为断面附近区域抛光态形貌，未发现明显的夹杂物或Pb颗粒聚集现象。
图16 断面附近区域抛光态形貌
化学成分分析
对试样进行化学成分分析，结果如表1所示，符合“GB/T 5232-1985”标准关于铅黄铜H59-1的规定。
表1 铜阀化学分析（%）
综合分析
试样宏观形貌显示，断裂位置为距法兰平面第二扣螺纹牙底。断口宏观形貌隐约可见放射状条纹，由外壁指向内壁，因此断裂应起源于距法兰平面第二扣螺纹牙底，且裂纹由外向内扩展。断口宏观形貌显示，部分断面呈红褐色，无金属光泽，经能谱分析，该区域存在大量的O元素及S、Cl等腐蚀性元素；断口微观形貌可见明显的解理形貌与沿晶形貌，裂纹扩展同时呈现穿晶与沿晶特征，与金相组织显示的二次裂纹特征相吻合。
阀门服役过程中承受一定的预紧力及气瓶内部的压力作用，此时螺纹部位承受拉应力作用，而螺纹牙底为应力集中区域，这就构成了应力条件；断口附近螺纹表面低倍形貌可见绿色腐蚀产物，且能谱分析结果显示断口腐蚀产物中存在O、S、Cl等元素，说明螺纹部位曾接触含S、Cl等元素的腐蚀介质。由于阀门密封圈的隔绝作用，螺纹部位无法与外界环境直接接触，气瓶内填充二氧化碳灭火剂，而纯净干燥的二氧化碳并不是引起黄铜腐蚀的敏感介质，因此阀门断裂部位在服役时接触外界环境腐蚀介质的可能性不大。据使用者反映，灭火器瓶体装配前曾经历水压试验，如果试验后瓶口内螺纹间的水渍未烘干，安装时由于瓶口内螺纹与阀门外螺纹配合，水中的腐蚀元素扩散至阀门螺纹表面，这就构成了介质条件。因此判断阀门失效模式为应力腐蚀开裂。
结论
（1）阀门失效模式为应力腐蚀开裂；
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