常見(jiàn)的分析方法在失效分析中的聯(lián)合應用

X學(xué)術(shù)探討。UESHUTANTAO-常見(jiàn)的分析方法在失效分析中的聯(lián)合應用崔朝宇(廣東產(chǎn)品質(zhì)量監督檢驗研究院)摘要:對失效單元研究以期找到失效單元的失效原因被稱(chēng)為失效分析。隨著(zhù)科技的發(fā)展, 失效分析已經(jīng)與許多學(xué)科聯(lián)系愈發(fā)密切。本文選取失效分析-例以成分分析、硬度測試及金相檢驗聯(lián)合作用對失效樣品進(jìn)行分析研究,力求以廉價(jià)的檢驗手段尋找零件的失效原因,并指出避免此類(lèi)失效情況產(chǎn)生的方法。為零件的有序生產(chǎn)提供相應指導。關(guān)鍵詞:失效分析;金相分析;成分分析- -、檢測樣品情況該硬度值符合耐磨要求(參照滾動(dòng)軸承鋼硬度要求) .檢測樣品為滾珠絲桿螺母,型號為L(cháng)R2510F-8, 已斷裂,據委四、顯微組織分析托方提供的信息樣品制造材料為GCr15鋼。該樣品在使用時(shí)作為絲1.橫向金相分析: 取樣部位為平行于斷裂面所指引的部位, 結合桿與其他部位的連接件,為分析斷裂原因,對樣品的斷口、材料成分、本報告第二部分的分析可認為該部位斷裂源的可能性較大。其夾雜物硬度、顯微組織等項目進(jìn)行檢驗。呈點(diǎn)狀,無(wú)聚集分布,對力學(xué)性能影響不大。二、斷口宏觀(guān)分析測試樣品經(jīng)最終熱處理后的組織為隱針狀黑區汲細小針狀亮檢測樣品的斷口的宏觀(guān)形貌如圖1、圖2、所示:區)回火馬氏體加各類(lèi)碳化物。其中碳化物特征為:整體碳化物分布尚均勻,但局部位置會(huì )有碳化物分布不均勻的情況出現。橫向碳化物不均勻分布情況主要有以下四種:1)碳化物聚集分布區;2)斷續網(wǎng)狀區;3)塊狀碳化物(測量其最大直徑為7.46微米) ;4)條塊狀碳化物,該條塊狀碳化物可能是碳化物液析形成(長(cháng)度測量值為42.48微米) ;2.縱向金相分析:縱向取樣部位為垂直于斷裂面的部位, 經(jīng)拋光后觀(guān)察,局部地區存在帶狀夾雜物。腐蝕后觀(guān)察,在縱向的組織檢驗個(gè)中,發(fā)現存在較多的、呈聚集分布的帶狀碳化物缺陷組織,在顯微觀(guān)察過(guò)程中還發(fā)現帶狀碳化物的中心出現了塑性?shī)A雜物的特征。圖1斷口細部形貌(1)圖2斷口細部形貌(2)測試樣品為滾珠絲桿螺母,該樣品使用3個(gè)月左右即發(fā)生斷裂，在圖1箭頭1所指的部位在整個(gè)斷口中較為平整光滑,呈瓷狀,屬于早期失效斷裂。該樣品的材料為GCr15 鋼,經(jīng)過(guò)光譜分析,化學(xué)成分符合要求,屬于常用的滾動(dòng)軸承鋼。從原材料看，宏觀(guān)檢驗 雖過(guò)程中由于工件的使用而造成的相對移動(dòng)所致因此判斷該平整部位未發(fā)現明顯的夾雜物、氣孔、疏松等缺陷, 但在放大100倍后, 可見(jiàn)為斷裂的初始部位。進(jìn)一步 分析其結構與形狀, 箭頭1所指附近有一帶狀夾雜物,帶狀夾雜物是可割裂金屬基體,降低材料性能。個(gè)油孔,該油孔處是最薄弱之處,因此,箭頭1所指附近是裂紋源。測試樣品經(jīng)過(guò)最終熱處理, 其橫向顯微組織中基體組織尚可,但而圖2箭頭2所指示的部位有明顯的撕裂痕跡應為最終斷裂區。碳化物存在一定的組織缺陷 四種碳化物的缺陷對零件的使用均有不觀(guān)察斷口宏觀(guān)形貌在斷裂的部位并未見(jiàn)到肉眼與放大鏡可以辨同程度的不利影響, 當碳化物缺陷分布在表面時(shí),容易使零件容易引別的夾雜物、氣孔、 疏松等原材料缺陷。起剝落、不耐磨;當碳化物缺陷分布在內部時(shí), 也會(huì )因對基體的割裂三、樣品化學(xué)成分分析及硬度檢測容易引起應力集中導致早期疲勞斷裂。在隨后進(jìn)行的縱向金相分析1、GCr15含C、 Cr 含量較高,以提高材料馬氏體中的C含量及中,觀(guān)察到了帶狀碳化物缺陷與帶狀夾雜物缺陷的共同存在,這兩種淬透性,從而保證材料擁有高的硬度及耐磨性。其合金元素含量變化缺陷加劇了割裂金屬基體,更易引起應力集中以致產(chǎn)生疲勞裂紋。會(huì )較大程度的影響材料的性能。取樣經(jīng)直讀光譜儀檢驗,檢測樣品化從外形結構來(lái)講,圖1箭頭1所指附近的油孔導致壁薄,該薄弱學(xué)成分如表1所示:位置也是斷裂的一個(gè)影響因素。表1檢測樣品化學(xué)成分六改進(jìn)措施|元素|C|S|P|si.|Mn|Cr|Ni|Ti|AI|F1、工件應選用大型號從尺寸,增加壁厚,提高強度;Wt0.0080.007<0.000.002 92從外形上盡量選用R圓弧過(guò)渡,不使用槽結構從而避免尖角(%)|0.98|~21' 0.251 0.319| 1.50 0.0517|7引起的應力集中效應;、改善工件熱處理質(zhì)量,特別是要經(jīng)過(guò)完善的鍛造、球化退火元素|wCu|Mov|B|NbPb|Sn|C等預先熱處理。Wt| <0.0。| 0.009 0.001 <0.00 <0.000.0070.000(%) 10.15100674348其測試元素含量符合《GB/T18254- 2002 高碳鉻軸承鋼》規定值。參考文獻:2測試樣品的硬度指標可反應熱處理工藝是否符合GCr15的工[1]胡世炎。機械失效分析手冊[M.成都:四川科學(xué)技術(shù)出版社,藝要求,在圖4零件外圓上均勻的取5個(gè)點(diǎn)測其硬度,結果見(jiàn)表2:1989 : 267- 300編號1表2檢測樣品硬度結果5[2陳曉光。50中國煤化工理化檢驗-物理分冊,2014,50硬度值60.460.860.760.1[3]GB/T18254-YHCNMHG( HRC)-536-2014年10期