常见的分析方法在失效分析中的联合应用

X学术探讨。UESHUTANTAO-常见的分析方法在失效分析中的联合应用崔朝宇(广东产品质量监督检验研究院)摘要:对失效单元研究以期找到失效单元的失效原因被称为失效分析。随着科技的发展, 失效分析已经与许多学科联系愈发密切。本文选取失效分析-例以成分分析、硬度测试及金相检验联合作用对失效样品进行分析研究,力求以廉价的检验手段寻找零件的失效原因,并指出避免此类失效情况产生的方法。为零件的有序生产提供相应指导。关键词:失效分析;金相分析;成分分析- -、检测样品情况该硬度值符合耐磨要求(参照滚动轴承钢硬度要求) .检测样品为滚珠丝杆螺母,型号为LR2510F-8, 已断裂,据委四、显微组织分析托方提供的信息样品制造材料为GCr15钢。该样品在使用时作为丝1.横向金相分析: 取样部位为平行于断裂面所指引的部位, 结合杆与其他部位的连接件,为分析断裂原因,对样品的断口、材料成分、本报告第二部分的分析可认为该部位断裂源的可能性较大。其夹杂物硬度、显微组织等项目进行检验。呈点状,无聚集分布,对力学性能影响不大。二、断口宏观分析测试样品经最终热处理后的组织为隐针状黑区汲细小针状亮检测样品的断口的宏观形貌如图1、图2、所示:区)回火马氏体加各类碳化物。其中碳化物特征为:整体碳化物分布尚均匀,但局部位置会有碳化物分布不均匀的情况出现。横向碳化物不均匀分布情况主要有以下四种:1)碳化物聚集分布区;2)断续网状区;3)块状碳化物(测量其最大直径为7.46微米) ;4)条块状碳化物,该条块状碳化物可能是碳化物液析形成(长度测量值为42.48微米) ;2.纵向金相分析:纵向取样部位为垂直于断裂面的部位, 经抛光后观察,局部地区存在带状夹杂物。腐蚀后观察,在纵向的组织检验个中,发现存在较多的、呈聚集分布的带状碳化物缺陷组织,在显微观察过程中还发现带状碳化物的中心出现了塑性夹杂物的特征。图1断口细部形貌(1)图2断口细部形貌(2)测试样品为滚珠丝杆螺母,该样品使用3个月左右即发生断裂，在图1箭头1所指的部位在整个断口中较为平整光滑,呈瓷状,属于早期失效断裂。该样品的材料为GCr15 钢,经过光谱分析,化学成分符合要求,属于常用的滚动轴承钢。从原材料看，宏观检验 虽过程中由于工件的使用而造成的相对移动所致因此判断该平整部位未发现明显的夹杂物、气孔、疏松等缺陷, 但在放大100倍后, 可见为断裂的初始部位。进一步 分析其结构与形状, 箭头1所指附近有一带状夹杂物,带状夹杂物是可割裂金属基体,降低材料性能。个油孔,该油孔处是最薄弱之处,因此,箭头1所指附近是裂纹源。测试样品经过最终热处理, 其横向显微组织中基体组织尚可,但而图2箭头2所指示的部位有明显的撕裂痕迹应为最终断裂区。碳化物存在一定的组织缺陷 四种碳化物的缺陷对零件的使用均有不观察断口宏观形貌在断裂的部位并未见到肉眼与放大镜可以辨同程度的不利影响, 当碳化物缺陷分布在表面时,容易使零件容易引别的夹杂物、气孔、 疏松等原材料缺陷。起剥落、不耐磨;当碳化物缺陷分布在内部时, 也会因对基体的割裂三、样品化学成分分析及硬度检测容易引起应力集中导致早期疲劳断裂。在随后进行的纵向金相分析1、GCr15含C、 Cr 含量较高,以提高材料马氏体中的C含量及中,观察到了带状碳化物缺陷与带状夹杂物缺陷的共同存在,这两种淬透性,从而保证材料拥有高的硬度及耐磨性。其合金元素含量变化缺陷加剧了割裂金属基体,更易引起应力集中以致产生疲劳裂纹。会较大程度的影响材料的性能。取样经直读光谱仪检验,检测样品化从外形结构来讲,图1箭头1所指附近的油孔导致壁薄,该薄弱学成分如表1所示:位置也是断裂的一个影响因素。表1检测样品化学成分六改进措施|元素|C|S|P|si.|Mn|Cr|Ni|Ti|AI|F1、工件应选用大型号从尺寸,增加壁厚,提高强度;Wt0.0080.007<0.000.002 92从外形上尽量选用R圆弧过渡,不使用槽结构从而避免尖角(%)|0.98|~21' 0.251 0.319| 1.50 0.0517|7引起的应力集中效应;、改善工件热处理质量,特别是要经过完善的锻造、球化退火元素|wCu|Mov|B|NbPb|Sn|C等预先热处理。Wt| <0.0。| 0.009 0.001 <0.00 <0.000.0070.000(%) 10.15100674348其测试元素含量符合《GB/T18254- 2002 高碳铬轴承钢》规定值。参考文献:2测试样品的硬度指标可反应热处理工艺是否符合GCr15的工[1]胡世炎。机械失效分析手册[M.成都:四川科学技术出版社,艺要求,在图4零件外圆上均匀的取5个点测其硬度,结果见表2:1989 : 267- 300编号1表2检测样品硬度结果5[2陈晓光。50中国煤化工理化检验-物理分册,2014,50硬度值60.460.860.760.1[3]GB/T18254-YHCNMHG( HRC)-536-2014年10期