배경
림쿠스 재료 시험 및 조사 실험실 팀은 워터 해머 어레스터와 밸브 어셈블리를 연결하는 니켈 도금 황동 어댑터 피팅이 파손된 것을 조사하는 임무를 맡았습니다. 이 팀은 고장 원인을 평가하기 위해 금속학적 고장 분석과 부식 조사를 수행했습니다.
제공 서비스
불합격된 황동 어댑터 피팅은 육안 및 입체 검사, 주사전자현미경(SEM) 검사, 에너지 분산 분광법(EDS)을 통한 원소 조성 분석, 금속학/미세 구조 평가, 화학 성분 분석(OES) 등 일련의 테스트 및 분석 기법을 거쳤습니다.
결과
테스트 및 분석 결과, 어댑터는 응력 부식 균열(SCC)로 인해 고장난 것으로 나타났습니다. 균열은 어댑터의 내경(ID) 표면의 날카로운 안쪽 반경 모서리를 따라 시작되었습니다. 모서리의 날카로운 상태, ID 가공으로 인한 표면 변형, ID의 깊은 가공 자국이 결합되어 SCC 고장에 필요한 응력이 발생했습니다. ID 표면에 균일한 니켈 도금이 되어 있지 않아 황동 어댑터가 황동에서 SCC에 도움이 되는 매체에 노출되었으며, 이는 파단 표면 침전물에서 발견된 황 및/또는 염화물 화합물을 함유하고 있을 가능성이 높습니다.
어댑터는 C27450의 화학적 요구 사항과 유사한 황동으로 제조되었습니다. 이 합금은 많은 물 환경에서 SCC에 매우 취약합니다.
수치
그림 1: 수령한 밸브 및 피뢰기 어셈블리 사진. 빨간색 화살표로 표시된 것처럼 파손된 어댑터가 워터해머 어레스터를 밸브에 연결했습니다.
그림 2: 밸브 및 어레스터 어셈블리에서 제거한 후 파손된 어댑터의 사진. 어댑터는 제조 과정에서 니켈 도금이 되어 있었습니다. 파손은 육각 너트 부분의 밸브 쪽에서 발생했습니다.
그림 3: 세척 전 워터 어레스터에 노출된 파손 표면의 클로즈업 사진. 파단 표면에 잔류한 잔여물의 원소 구성을 확인하기 위해 EDS 분석을 실시했습니다.
그림 4: 위의 분광도는 파단 표면의 잔류물에 대한 EDS 원소 분석을 보여줍니다. 구리(Cu)와 아연(Zn)은 기본 금속에 기인합니다. 산소(O)는 구리 산화물에 기인합니다. 탄소(C), 규소(Si), 칼슘(Ca) 및 소량의 황(S), 염화물(Cl), 칼륨(K), 철(Fe), 알루미늄(Al)은 탄소성 침전물과 수성 오염 물질에 기인한 것으로 나타났습니다. 미량의 니켈(Ni)은 어댑터 내부 및 외부 표면의 니켈 도금에 기인한 것으로 나타났습니다. 황 및 염화물 화합물은 황동 합금에 대한 부식제로 알려져 있습니다.
그림 5: 청소된 파손 표면의 저배율 SEM 이미지. 어댑터의 ID 표면 둘레를 따라 깊은 가공 자국이 발견되었습니다.
그림 6: OD 표면을 따라 파단 표면의 고배율 SEM 이미지. 파단 특징에서 심각한 부식/산화 공격이 나타났습니다.
그림 7: ID를 따라 표면의 고배율 SEM 이미지. 파손된 표면은 준파괴와 부식/산화된 표면의 조합으로 나타났습니다. 파단된 입자 사이에 여러 개의 2차 균열(노란색 화살표로 표시)이 발견되었습니다.
그림 8: 골절 표면을 통과한 세로 단면 어댑터의 저배율 현미경 사진(흰색 괄호). 흰색 화살표는 ID가 변경된 시점의 시작 부위를 나타냅니다.
그림 9: 골절 시작 부위 근처의 ID 표면에서 확인된 분기 균열의 확대 현미경 사진. 균열은 주로 여러 갈래로 갈라지는 입계 균열 방식으로 전파되었습니다. 이 균열 형태는 횡단 응력 부식 균열(SCC)과 일치합니다. 균열의 방향은 ID 표면에서 시작되어 외부 표면으로 전파되는 것을 나타냅니다.
그림 10: 어댑터 피팅 벽면 내 분기 균열의 끝부분을 촬영한 고배율 현미경 사진. 입계 전파가 더 쉽게 드러납니다.
그림 11: ID 표면을 따라 무거운 가공 자국으로 인해 발생한 표면 변형의 고배율 현미경 사진. 표면 변형으로 인해 어댑터 ID 표면에 높은 잔류 응력이 발생합니다.