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飛納電鏡用戶專訪｜CTI 華測(cè)檢測(cè)談金屬材料失效分析
華測(cè)檢測(cè)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(cè)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(dòng)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(cè)檢測(cè)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(cè)、無損檢測(cè)、失效分析、質(zhì)量評(píng)定和安全評(píng)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。
近日，我們有幸采訪到 CTI 華測(cè)檢測(cè)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(cè)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。
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(huì)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(huì)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(duì)金屬件進(jìn)行失效分析時(shí)，會(huì)進(jìn)行宏觀觀察、微觀檢測(cè)、化學(xué)成分定量檢測(cè)、金相組織觀察以及顯微硬度檢測(cè)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(duì)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(cè)。
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(duì)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。
微觀分析
在這個(gè)失效分析案例中，我們對(duì)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(cāng)室掃描電鏡 Phenom XL G2 可以快速地對(duì)斷口進(jìn)行微觀形貌觀察，以及對(duì)斷口異常區(qū)域進(jìn)行能譜分析。
對(duì)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。
區(qū)域 A - 斷裂起始區(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。
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(duì)于我們快速判斷裂紋機(jī)制，尋找裂紋源非常重要。這臺(tái)設(shè)備抽真空不到 30 秒，并且操作很簡(jiǎn)單，可以自動(dòng)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(duì)各類樣品的檢測(cè)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(cè)試。
Q5. 飛納電鏡 ：當(dāng)初為什么會(huì)選擇飛納電鏡呢？
溫工 ：像我們這樣綜合性的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)，平時(shí)接收的樣品量很大，種類多樣，飛納電鏡對(duì)于我們而言，不僅是幫助我們完成了微觀形貌和成分的測(cè)試，更大的價(jià)值是這臺(tái)掃描電鏡提高了我們的檢測(cè)效率，因其操作簡(jiǎn)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(duì)我們幫助很大。
目前 CTI 華測(cè)檢測(cè)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(cè)服務(wù)，歡迎大家問詢和參觀。