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，失效周期均集中在運行9~11個月，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理，并給出改進建議。

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。

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。

樣品先去鍍層，再進行化學(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。

NG樣品和OK樣品分別鑲樣，進行金相分析，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。

NG、OK樣品硬度均較低。

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為凹槽底部存在易應(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. 參考標準

GB/T 1814-1979 鋼材斷口檢驗法

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 金屬顯微組織檢驗方法

GB/T 4340.1-2009 金屬材料維氏硬度試驗第1部分：試驗方法

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

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