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電子膨脹閥銅螺母失效分析

2014-12-29  瀏覽量:1477

1. 案例背景

    該產(chǎn)品為空調(diào)調(diào)節(jié)冷卻水的電子膨脹閥上的銅螺母,生產(chǎn)流程為:拉制擠壓棒料→車削加工成螺母→電鍍鎳+PTFE→250℃烘箱中放置3小時(shí),失效周期均集中在運(yùn)行9~11個(gè)月,失效周期較固定,委托方要求分析電子膨脹閥螺母的失效機(jī)理,并給出改進(jìn)建議。

 

2. 分析方法簡述

     外觀檢查中可以看到NG樣品沿外表面凹槽臺階斷裂成兩部分,未發(fā)現(xiàn)明顯的變形,斷口絕大部分能無縫對接,只有小區(qū)域凸起的一側(cè)存在碎裂脫落,不能無縫對接。

失效分析
 
    將NG樣品斷口用超聲波清洗干凈,然后在SEM下放大觀察斷口形貌,通過觀察斷口,發(fā)現(xiàn)斷裂起源在外表面凹槽底部的直角處,然后繞凹槽底部直角圓周延伸至完全斷裂,整個(gè)斷面較平整,只有最后斷裂區(qū)域發(fā)現(xiàn)有小區(qū)域凹凸部位;凸起部分高度與凹槽寬度基本一致,最高點(diǎn)平面為開裂一邊的對面內(nèi)直角處,且輕微向外側(cè)彎曲;在體視顯微鏡下可觀察到小刻面形貌。通過SEM觀察斷口,發(fā)現(xiàn)大部分區(qū)域存在扇形形貌和解理臺階,部分區(qū)域發(fā)現(xiàn)不規(guī)則多邊形顆粒,顆粒EDS分析結(jié)果顯示Cu含量高達(dá)80%以上,為斷裂后與外界介質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的銅鹽;內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)較粗且分布均勻的機(jī)加工紋路,并發(fā)現(xiàn)較多裂紋;凸起位置的對面一側(cè)外管壁發(fā)現(xiàn)裂紋。
 
失效分析
失效分析
 
    樣品先去鍍層,再進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果表明樣品材質(zhì)為錳黃銅,材料不存在異常。
 

失效分析

 
    NG樣品和OK樣品分別鑲樣,進(jìn)行金相分析,OK樣品為基體灰黑色β相+白色塊狀α相組織;NG樣品為基體灰黑色β相+白色羽毛針狀α相組織,殘余內(nèi)應(yīng)力較大的特征。
 
金屬失效分析
 

NG、OK樣品硬度均較低。

 

失效分析

 

3. 分析與討論 

   1.從斷口分析可知,斷裂位置在螺母外表面凹槽底部直角處,觀察到外表面存在裂紋的一側(cè)為起始區(qū)域,凸起部位為最后斷裂區(qū)域;斷口明顯觀察到扇形形貌與解理臺階,未發(fā)現(xiàn)明顯塑性變形、韌窩等韌性特征,為脆性解理斷裂斷口。

   2.由金相分析可知,NG樣品與OK樣品的金相組織均為基體黑灰色β相+白色α相。NG樣品與OK樣品比對,NG樣品α相較細(xì)小且呈羽毛針狀,為加熱后冷卻速度過快導(dǎo)致α相不夠均勻化,是殘余應(yīng)力較大的特征。

   3.樣品維氏硬度結(jié)果可知,NG樣品與OK樣品硬度均較低,NG樣品硬度比OK樣品硬度略低,不存在加工硬化現(xiàn)象;從化學(xué)成分可知樣品為錳黃銅,材質(zhì)未發(fā)現(xiàn)異常。

 

4. 結(jié)論 

樣品失效的主要原因?yàn)榘疾鄣撞看嬖谝讘?yīng)力集中的直角邊界,在外力作用下應(yīng)力集中而開裂,由于內(nèi)部殘余應(yīng)力大,導(dǎo)致裂紋迅速擴(kuò)展而完全斷裂,為脆性解理斷裂模式。

建議:改善熱處理工藝,減緩冷卻速度,使組織均勻化。

 

5. 參考標(biāo)準(zhǔn) 

GB/T 1814-1979 鋼材斷口檢驗(yàn)法

JY/T 010-1996 分析型掃描電子顯微鏡方法通則

GB/T 17359-2012 微束分析能譜法定量分析

GB/T 13298-1991 金屬顯微組織檢驗(yàn)方法

GB/T 4340.1-2009 金屬材料維氏硬度試驗(yàn)第1部分:試驗(yàn)方法

GB/T 5121.27-2008 銅及銅合金化學(xué)分析方法第27部分電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法

GB/T 5121.1-2008 銅及銅合金化學(xué)分析方法第1部分:銅含量的測定

 

作者簡介:

MTT(美信檢測)是一家從事材料及零部件品質(zhì)檢驗(yàn)、鑒定、認(rèn)證及失效分析服務(wù)的第三方實(shí)驗(yàn)室,網(wǎng)址:www.baoxiande.cn,聯(lián)系電話:400-850-4050。轉(zhuǎn)載請注明出處,如有商業(yè)用途請聯(lián)系美信檢測。

 

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