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飞纳电镜用户专访|CTI 华测检测谈金属材料失效分析

 发布时间:2022-08-08 点击量:158

华测检测认证集团股份有限公司成立于 2003 年,总部位于深圳,为客户提供一站式测试、检验、认证、计量、审核、培训及技术服务,致力于在政府、企业和消费者之间传递信任,以“为品质生活传递信任”为使命,全面保障品质与安全,推动合规与创新,实现更健康、更安全、更环保的高质量发展。华测检测认证集团股份有限公司中心材料实验室能够为工业材料领域提供材料检测、无损检测、失效分析、质量评定和安全评估等服务,适用于金属、高分子等各类原材料以及紧固件、机械零部件、塑料、橡胶等各类成品。

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近日,我们有幸采访到 CTI 华测检测杭州中心材料实验室,主要负责金属失效分析的温洪波工程师,结合在测试分析中的实际案例,为我们分享了金属材料失效分析的思路和方法,我们一起来看看吧。

失效分析工程师 温洪波

Q1. 飞纳电镜 :目前造成金属件失效的主要原因有哪些?

温工 :通常原材料问题、后续加工工艺和热处理不当、金属件工作时受力状况及其工作环境等,都会造成金属件的失效。比如原材料内生和铸造过程中产生的不同类型的夹杂物;工艺不当时会产生裂纹、折叠、过烧等缺陷,以及机加工表面粗糙度较大造成应力集中、热处理不当造成的金相异常、内应力过大、电镀涂层造成的氢脆等;由接触应力导致的磨损、剥落等,这些都是常见的失效方式。

Q2. 飞纳电镜 :您在进行失效分析时的一般流程是怎样的呢?

温工 :通常当我们对金属件进行失效分析时,会进行宏观观察、微观检测、化学成分定量检测、金相组织观察以及显微硬度检测等,并结合综合受力状态进行综合分析并得出失效结论。其中,想要确定断裂机制、裂纹局部扩展途径、确认裂纹源以及对异常点进行成分定性分析时,就必须借助扫描电镜来进行微观层面的检测。

Q3. 飞纳电镜 :有没有常见的金属材料失效分析的案例分享呢?

温工 :比如外球笼螺纹在装配过程中锁紧螺母时发生断裂,如果客户想要对失效产品进行相应的改进,就必须要找出断裂的微观机制,进而找出产品失效原因。

宏观分析

图 1 为外球笼螺纹处断裂示意图,在第 2 螺纹处发生断裂,断口匹配不太紧密,存在少量变形。图 2 为其断口宏观形貌,整个断口分为两个区域。区域 A 较光亮,存在发亮的小刻面,为脆性断裂;区域 B 较粗糙,呈现暗黑色,有断后磨损所致的光亮地带,扩展方向如图中黄色箭头所示,图中红色方框为终断区,存在 45° 的剪切唇,因此区域 B 为塑性断裂。根据断口细小的弧形纹路及 A、B 区域断裂特征判断,外球笼在断裂时受扭转力作用,断裂起始于 A 区域。


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图 1 外球笼螺纹处断裂示意图

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图 2 断口宏观形貌

微观分析

在这个失效分析案例中,我们对处理好的样品进行微观机制的探究时,使用飞纳大仓室扫描电镜 Phenom XL G2 可以快速地对断口进行微观形貌观察,以及对断口异常区域进行能谱分析。


对外球笼螺纹处断口的 A 区域、B 区域进行微观分析,区域 A 微观形貌为河流花样,为典型的解理形貌。区域 B 微观形貌主要由韧窝 + 珠光体片组成。

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区域 A - 断裂起始区


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区域 B - 心部扩展区

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区域 B - 边缘扩展区

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区域 B - 终断区

再结合失效件的成分分析、金相分析和硬度分析结果,可以综合判断出外球笼螺纹处内部存在孔洞及裂缝,因而产生严重的应力集中,造成锁紧螺母时发生断裂。

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CTI 华测检测向客户提供详细的分析报告

Q4. 飞纳电镜 :目前使用下来,您觉得飞纳电镜怎么样?

温工 :飞纳电镜是我们进行微观层面失效分析的有力工具,对于我们快速判断裂纹机制,寻找裂纹源非常重要。这台设备抽真空不到 30 秒,并且操作很简单,可以自动消磁/消像散,Revisit 样品位置一键回溯、自由切换低真空模式等,对各类样品的检测都非常便捷,基本上只需要几分钟就可以完成一个样品的微观测试。

Q5. 飞纳电镜 :当初为什么会选择飞纳电镜呢?

温工 :像我们这样综合性的第三方检测机构,平时接收的样品量很大,种类多样,飞纳电镜对于我们而言,不仅是帮助我们完成了微观形貌和成分的测试,更大的价值是这台扫描电镜提高了我们的检测效率,因其操作简便,缩短了我们的培训时间,节省了我们学习成本,对我们帮助很大。

目前 CTI 华测检测杭州中心材料实验室的金属失效分析服务可以涵盖汽车零部件、精密零部件、模具制造、铸锻焊、热处理、表面防护等多类金属相关行业,同时包括机械性能、化学成分分析、金相分析等丰富的金属材料检测服务,欢迎大家问询和参观。

 

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