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飛納電鏡用戶專訪|CTI 華測檢測談金屬材料失效分析

 更新時(shí)間:2022-08-10 點(diǎn)擊量:1875

華測檢測認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司成立于 2003 年,總部位于深圳,為客戶提供一站式測試、檢驗(yàn)、認(rèn)證、計(jì)量、審核、培訓(xùn)及技術(shù)服務(wù),致力于在政府、企業(yè)和消費(fèi)者之間傳遞信任,以“為品質(zhì)生活傳遞信任”為使命,全面保障品質(zhì)與安全,推動合規(guī)與創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)更健康、更安全、更環(huán)保的高質(zhì)量發(fā)展。華測檢測認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司中心材料實(shí)驗(yàn)室能夠?yàn)楣I(yè)材料領(lǐng)域提供材料檢測、無損檢測、失效分析、質(zhì)量評定和安全評估等服務(wù),適用于金屬、高分子等各類原材料以及緊固件、機(jī)械零部件、塑料、橡膠等各類成品。

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近日,我們有幸采訪到 CTI 華測檢測杭州中心材料實(shí)驗(yàn)室,主要負(fù)責(zé)金屬失效分析的溫洪波工程師,結(jié)合在測試分析中的實(shí)際案例,為我們分享了金屬材料失效分析的思路和方法,我們一起來看看吧。

失效分析工程師 溫洪波

Q1. 飛納電鏡 :目前造成金屬件失效的主要原因有哪些?

溫工 :通常原材料問題、后續(xù)加工工藝和熱處理不當(dāng)、金屬件工作時(shí)受力狀況及其工作環(huán)境等,都會造成金屬件的失效。比如原材料內(nèi)生和鑄造過程中產(chǎn)生的不同類型的夾雜物;工藝不當(dāng)時(shí)會產(chǎn)生裂紋、折疊、過燒等缺陷,以及機(jī)加工表面粗糙度較大造成應(yīng)力集中、熱處理不當(dāng)造成的金相異常、內(nèi)應(yīng)力過大、電鍍涂層造成的氫脆等;由接觸應(yīng)力導(dǎo)致的磨損、剝落等,這些都是常見的失效方式。

Q2. 飛納電鏡 :您在進(jìn)行失效分析時(shí)的一般流程是怎樣的呢?

溫工 :通常當(dāng)我們對金屬件進(jìn)行失效分析時(shí),會進(jìn)行宏觀觀察、微觀檢測、化學(xué)成分定量檢測、金相組織觀察以及顯微硬度檢測等,并結(jié)合綜合受力狀態(tài)進(jìn)行綜合分析并得出失效結(jié)論。其中,想要確定斷裂機(jī)制、裂紋局部擴(kuò)展途徑、確認(rèn)裂紋源以及對異常點(diǎn)進(jìn)行成分定性分析時(shí),就必須借助掃描電鏡來進(jìn)行微觀層面的檢測。

Q3. 飛納電鏡 :有沒有常見的金屬材料失效分析的案例分享呢?

溫工 :比如外球籠螺紋在裝配過程中鎖緊螺母時(shí)發(fā)生斷裂,如果客戶想要對失效產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn),就必須要找出斷裂的微觀機(jī)制,進(jìn)而找出產(chǎn)品失效原因。

宏觀分析

圖 1 為外球籠螺紋處斷裂示意圖,在第 2 螺紋處發(fā)生斷裂,斷口匹配不太緊密,存在少量變形。圖 2 為其斷口宏觀形貌,整個(gè)斷口分為兩個(gè)區(qū)域。區(qū)域 A 較光亮,存在發(fā)亮的小刻面,為脆性斷裂;區(qū)域 B 較粗糙,呈現(xiàn)暗黑色,有斷后磨損所致的光亮地帶,擴(kuò)展方向如圖中黃色箭頭所示,圖中紅色方框?yàn)榻K斷區(qū),存在 45° 的剪切唇,因此區(qū)域 B 為塑性斷裂。根據(jù)斷口細(xì)小的弧形紋路及 A、B 區(qū)域斷裂特征判斷,外球籠在斷裂時(shí)受扭轉(zhuǎn)力作用,斷裂起始于 A 區(qū)域。


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圖 1 外球籠螺紋處斷裂示意圖

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圖 2 斷口宏觀形貌

微觀分析

在這個(gè)失效分析案例中,我們對處理好的樣品進(jìn)行微觀機(jī)制的探究時(shí),使用飛納大倉室掃描電鏡 Phenom XL G2 可以快速地對斷口進(jìn)行微觀形貌觀察,以及對斷口異常區(qū)域進(jìn)行能譜分析。


對外球籠螺紋處斷口的 A 區(qū)域、B 區(qū)域進(jìn)行微觀分析,區(qū)域 A 微觀形貌為河流花樣,為典型的解理形貌。區(qū)域 B 微觀形貌主要由韌窩 + 珠光體片組成。

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區(qū)域 A - 斷裂起始區(qū)


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區(qū)域 B - 心部擴(kuò)展區(qū)

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區(qū)域 B - 邊緣擴(kuò)展區(qū)

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區(qū)域 B - 終斷區(qū)

再結(jié)合失效件的成分分析、金相分析和硬度分析結(jié)果,可以綜合判斷出外球籠螺紋處內(nèi)部存在孔洞及裂縫,因而產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中,造成鎖緊螺母時(shí)發(fā)生斷裂。

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CTI 華測檢測向客戶提供詳細(xì)的分析報(bào)告

Q4. 飛納電鏡 :目前使用下來,您覺得飛納電鏡怎么樣?

溫工 :飛納電鏡是我們進(jìn)行微觀層面失效分析的有力工具,對于我們快速判斷裂紋機(jī)制,尋找裂紋源非常重要。這臺設(shè)備抽真空不到 30 秒,并且操作很簡單,可以自動消磁/消像散,Revisit 樣品位置一鍵回溯、自由切換低真空模式等,對各類樣品的檢測都非常便捷,基本上只需要幾分鐘就可以完成一個(gè)樣品的微觀測試。

Q5. 飛納電鏡 :當(dāng)初為什么會選擇飛納電鏡呢?

溫工 :像我們這樣綜合性的第三方檢測機(jī)構(gòu),平時(shí)接收的樣品量很大,種類多樣,飛納電鏡對于我們而言,不僅是幫助我們完成了微觀形貌和成分的測試,更大的價(jià)值是這臺掃描電鏡提高了我們的檢測效率,因其操作簡便,縮短了我們的培訓(xùn)時(shí)間,節(jié)省了我們學(xué)習(xí)成本,對我們幫助很大。

目前 CTI 華測檢測杭州中心材料實(shí)驗(yàn)室的金屬失效分析服務(wù)可以涵蓋汽車零部件、精密零部件、模具制造、鑄鍛焊、熱處理、表面防護(hù)等多類金屬相關(guān)行業(yè),同時(shí)包括機(jī)械性能、化學(xué)成分分析、金相分析等豐富的金屬材料檢測服務(wù),歡迎大家問詢和參觀。

 

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