1. 案例背景
该产品为空调调节冷却水的电子膨胀阀上的铜螺母,生产流程为:拉制挤压棒料→车削加工成螺母→电镀镍+PTFE→250℃烘箱中放置3小时,失效周期均集中在运行9~11个月,失效周期较固定,委托方要求分析电子膨胀阀螺母的失效机理,并给出改进建议。
2. 分析方法简述
外观检查中可以看到NG样品沿外表面凹槽台阶断裂成两部分,未发现明显的变形,断口绝大部分能无缝对接,只有小区域凸起的一侧存在碎裂脱落,不能无缝对接。
NG、OK样品硬度均较低。
3. 分析与讨论
1.从断口分析可知,断裂位置在螺母外表面凹槽底部直角处,观察到外表面存在裂纹的一侧为起始区域,凸起部位为最后断裂区域;断口明显观察到扇形形貌与解理台阶,未发现明显塑性变形、韧窝等韧性特征,为脆性解理断裂断口。
2.由金相分析可知,NG样品与OK样品的金相组织均为基体黑灰色β相+白色α相。NG样品与OK样品比对,NG样品α相较细小且呈羽毛针状,为加热后冷却速度过快导致α相不够均匀化,是残余应力较大的特征。
3.样品维氏硬度结果可知,NG样品与OK样品硬度均较低,NG样品硬度比OK样品硬度略低,不存在加工硬化现象;从化学成分可知样品为锰黄铜,材质未发现异常。
4. 结论
样品失效的主要原因为凹槽底部存在易应力集中的直角边界,在外力作用下应力集中而开裂,由于内部残余应力大,导致裂纹迅速扩展而完全断裂,为脆性解理断裂模式。
建议:改善热处理工艺,减缓冷却速度,使组织均匀化。
5. 参考标准
GB/T 1814-1979 钢材断口检验法
JY/T 010-1996 分析型扫描电子显微镜方法通则
GB/T 17359-2012 微束分析能谱法定量分析
GB/T 13298-1991 金属显微组织检验方法
GB/T 4340.1-2009 金属材料维氏硬度试验第1部分:试验方法
GB/T 5121.27-2008 铜及铜合金化学分析方法第27部分电感耦合等离子体原子发射光谱法
GB/T 5121.1-2008 铜及铜合金化学分析方法第1部分:铜含量的测定
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