失效分析培训教材讲课1.ppt
2023/2/26,热处理失效分析案例,2023/2/26,案例1 某电动工具压铸铝合金壳体使用中早期开裂,某电动工具压铸铝合金壳体使用中早期开裂案例 此电动工具压铸铝合金壳体从材料、压铸模具、压铸机直到零件的热处理工艺全部由德国引进，此产品在德国已经是成熟产品，但全套搬到中国却出现了早期开裂，客户希望我们提供分析及帮助。我们主要从材料及热处理工艺进行分析，此零件采用的材料为AlSi10Mg（德国牌号）,从成分对比接近我国压铸铝合金牌号YZAlSi10Mg,代号YL104。,2023/2/26,案例1 某电动工具压铸铝合金壳体使用中早期开裂,德国提供的热处理工艺为23010h时效，而中国YL104的热处理工艺为：T1处理：1755(57)h时效；T6处理：5355(26)h固溶+1755(57)h时效；很显然德国提供的工艺是过时效方式，230过时效与175时效相比，强度将下降2025%，同时脆性也将增加，这种热处理工艺引起疲劳寿命下降是必然的。我们又进一步了解到此零件在德国热处理是采用外协方式进行的，因此德国的热处理方提供的工艺有可能不是真实工艺。我们建议将T1处理的温度改为175，成功地解决了这个问题。,2023/2/26,案例2 6061铝合金螺帽装配碾压铆接开裂,6061铝合金螺帽装配碾压铆接开裂案例 这是一家专业制造接插件的美国企业，此螺帽采用的材料为6061铝合金，由于此螺帽在装配时需进行一次碾压铆接，所以图纸规定的热处理制度是固溶处理。这里可以看出设计人员的思路是清晰的，他们设计的意图是希望此零件在铆压时有较好的延展性，而在铆压后利用6061的自然时效功能使零件的强度上升。但此零件在热处理（固溶）后的交付使用中，经常出现批次性的碾压开裂问题，即有的批次不出现开裂，有的批次会全部开裂。,2023/2/26,案例2,6061铝合金螺帽装配碾压铆接开裂案例(续)我们对客户的使用方式和流程作了详细的了解，发现零件的制作与使用分别在两个工厂，使用方根据需要不定期的向制作方购货，而制作方常常需生产一部分周转品作为库存，这样就形成了一个无规律的供货周期。我们经分析后认为，这种无规律的生产流程恰恰没有与6061固溶+自然时效的规律相吻合。如果固溶的零件在12天内使用，这时自然时效还没有进行到底，材料的塑性还没有降到最低值，铆压就不会出现开裂；如果固溶的零件在3天后使用（实际上的间隔时间常常为57天或更长时间），自然时效已基本完成，材料的塑性也降到了最低值，就会出现铆压开裂问题。,6061铝合金螺帽装配碾压铆接开裂,2023/2/26,案例2,6061铝合金螺帽装配碾压铆接开裂案例(续)要解决铆压开裂的问题，最好的办法是固溶后变形要及时进行，最好在24h内进行，而目前制作方和使用方根本无法满足这样的流程。解决的办法：降低固溶温度，采用欠固溶的工艺方式，使零件在自然时效后保留较多的塑性（这时会牺牲一点强度，但对螺帽零件是可以接受的）。最终欠固溶的方法有效地解决了6061螺帽碾压开裂的问题。,6061铝合金螺帽装配碾压铆接开裂,2023/2/26,案例3,316不锈钢零件真空油冷固溶后碾压开裂案例 一、基本情况 客户316精密铸件，要求固溶处理，硬度HB76-110，现部分零件在捻铆过程中发现裂纹，要求分析原因。二、金相检查,未开裂件：500，FeCl3盐酸水溶液腐蚀，表层组织：表面可观察到异常渗碳组织，厚度约20,316不锈钢零件真空油冷固溶后碾压开裂,2023/2/26,3.1 真空淬火技术,316不锈钢零件真空油冷固溶后碾压开裂案例(续）,捻铆开裂件500，FeCl3盐酸水溶液腐蚀，表层组织：表面可观察到异常渗碳组织，厚度约56,2023/2/26,3.1 真空淬火技术,316不锈钢零件真空油冷固溶后碾压开裂案例(续)三、分析意见 1、据了解该批零件采用的是真空油淬炉进行固溶，装炉为密集装炉方式，工艺为1040下油，从零件的金相组织和表面硬度测试的情况看，不论是开裂零件还是未开裂零件表面均出现了不同程度的渗碳现象，这种情况肯定会影响零件捻铆时表面材料的流动，渗碳层厚的零件表面材料流动会更困难，以致发生裂纹，应该说这是部分零件捻铆出现裂纹的直接原因。,2023/2/26,3.1 真空淬火技术,316不锈钢零件真空油冷固溶后碾压开裂案例(续)三、分析意见(续)2、零件芯部组织为奥氏体+铁素体，属正常组织。3、高温真空油淬对含碳量较低的材料会产生渗碳现象，这已经是一个共识，这在许多资料中均有论述和记载，不过一般认为0.020.05mm的渗碳几乎没有影响，但由于本零件需要铆压，表面的硬化层延伸率大大降低，因而引起裂纹。4、建议放弃真空油淬固溶方法。,2023/2/26,案例3,420医疗器械零件真空淬火裂纹案例 一、问题现状 客户医疗器械零件，如图，采用材料为420，要求硬度HRC4751，客户在收货检验中发现少数零件存在裂纹，要求分析原因。,420医疗器械零件真空淬火裂纹,2023/2/26,案例3 420医疗器械零件真空淬火裂纹,420医疗器械零件真空淬火裂纹案例（续）二、硬度测试 实测硬度为 HRC4850,2023/2/26,案例3,420医疗器械零件真空淬火裂纹案例（续）三、分析意见 1、从零件裂纹部位的放大图可以看出，裂纹发生在筒形零件端部一个极薄的环上，此环的壁厚只有0.1mm。在淬火过程中，由于壁厚0.1mm的环与紧挨它的壁厚0.6mm的环在冷却时的组织转变存在一个瞬间的时差，壁厚0.1mm的环先完成转变，由奥氏体转变为高硬度的马氏体组织，随后壁厚0.6mm的环发生转变，由于马氏体转变是一个体积膨胀的转变，即壁厚0.6mm的环发生转变产生的体积膨胀将对壁厚0.1mm的环产生一个扩张应力，由于壁厚0.1mm的环已处于一个脆性较大的高硬度状态，加上此环还存在壁厚不均匀现象，因此在壁厚最薄的部位发生了开裂。（由于机械加工的差异性，壁厚不均匀现象可能不会发生在所有的零件上，因此开裂只发生在部分零件上）,420医疗器械零件真空淬火裂纹,2023/2/26,案例3,420医疗器械零件真空淬火裂纹案例（续）三、分析意见（续）2、改进意见（1）目前此零件采用的热处理工艺是420材料的标准工艺，建议采用亚温淬火的工艺，亚温淬火可以减少0.1mm壁厚的环与0.6mm壁厚的环之间的淬火应力差，有可能减少开裂的几率。（2）建议提高零件的加工精度，避免壁厚不均匀现象，同时建议提高内孔的加工光洁度。,420医疗器械零件真空淬火裂纹,2023/2/26,案例4,6150冲针零件使用中断裂案例一、基本情况 客户6150冲针零件，要求HRC52-56，热处理后零件在使用过程中发生断裂，要求分析原因。,头部断裂,6150冲针零件使用中断裂,2023/2/26,案例4,6150冲针零件使用中断裂案例（续）二、硬度及金相检查 1.硬度检查 HRC52-53 2.金相检查,500，4硝酸酒精溶液腐蚀零件表层组织，表面白色区为含有较多残余奥氏体的高碳淬火+较低温度回火组织即隐针状马氏体+残余奥氏体，富碳层的厚度约40。表面硬度为HV1840880,6150冲针零件使用中断裂,2023/2/26,案例4 6150冲针零件使用中断裂,6150冲针零件使用中断裂案例（续）2.金相检查（续）,500，4硝酸酒精溶液腐蚀芯部组织：隐针回火马氏体。芯部硬度为HV1621634,2023/2/26,案例4 6150冲针零件使用中断裂,6150冲针零件使用中断裂案例（续）三、分析意见1、从冲针零件表层的金相组织和硬度看，此零件在保护气氛淬火时，由于气氛的碳势过高，造成表层渗碳，虽然渗碳层很浅，只有0.04mm，但硬度非常高，脆性是很大的，使用中极易产生表面微裂纹而导致冲针断裂。2、零件的芯部组织及硬度，均属正常。,2023/2/26,案例5,304冲压板件氮化尺寸严重超差案例 某304冲压板件按客户要求进行盐浴氮化，硬度符合要求，但零件在日本装配时发现装不进去，即尺寸变大了，经测量外形尺寸大了0.20.5mm，这让我们百思不得其解，304是一种奥氏体不锈钢，在氮化中除了有一点消除应力作用外，不会有内部组织变化，氮化的化合物层增厚一般都在级，怎么会出现这么大的尺寸涨大呢？,304冲压板件氮化尺寸严重超差,2023/2/26,案例5,零件氮化尺寸严重超差案例（续）我们在对返回产品的尺寸检查中发现零件的孔距没有变化，我们重点检查冲压边缘的金相组织，发现原先全部压倒的冲压毛刺在氮化后竟纷纷向外翘起，原来这些毛刺已被渗透，全部转化为高硬度的氮化物了，造成了尺寸大幅度变化。这是一例冲压毛刺氮化后翘起造成的尺寸变化。,304冲压板件氮化尺寸严重超差,2023/2/26,案例6,球墨铸铁氮化后表面局部发毛案例 客户一款较大型的球墨铸铁零件要求气体氮化，零件尺寸200400，批生产以来均较正常，零件外观为光洁的白色，但有一次突然发现一件零件上出现大面积橘皮，有手掌大小，十分粗糙，气体氮化怎么会在局部出现象腐蚀一样的表面缺陷，大家感觉迷茫。,球墨铸铁氮化后表面局部发毛,2023/2/26,案例6,球墨铸铁氮化后表面局部发毛案例（续）在金相分析中我们发现橘皮部位的材料组织竟不是球墨铸铁，而是灰口铸铁。在加工切削的表面，石墨的脱落使片状石墨之间的基体组织突出，在氮化时，这些薄片状的基体组织面临三面渗氮，很快被渗透并向外翻起，最终造成表面粗糙。,球墨铸铁氮化后表面局部发毛,2023/2/26,案例6 球墨铸铁氮化后表面局部发毛,球墨铸铁氮化后表面局部发毛案例（续）那么巴掌大的一片灰口铸铁又是怎么造成的呢？经了解这个部位正好是零件的铸造浇口，有可能在浇注时浇口残留厚度的意外差异，造成了不能向球状石墨转化，形成了灰口。由于铸件是台湾提供的，要说服他们不太容易，但最终客户还是认可了我们的分析。,2023/2/26,第六部分 热处理失效分析典型案例,案例1 45#零件开裂分析案例2 零件氮化后尺寸涨大分析案例3 汽车尾箱盖扣件断裂分析案例4 轴类零件调质处理后切削性能不良分析案例5 4Cr13零件断裂分析案例6 Cr12模具热处理回火开裂分析案例7 440C圆柱导套磨后表面腐蚀分析案例8 38CrMoAl齿轮传动轴断裂分析案例9 2083模具试模开裂分析,2023/2/26,6 热处理失效分析典型案例,什么是失效？各类产品的零部件、电子元件等都具有一定的功能，承担各种各样的工作任务，如承受载荷、传递能量、完成某种规定的动作等。它们在规定的条件下和规定的时间内应具有完成规定功能的能力。不能完成规定的功能就称为失效。什么是失效分析？零部件在服役中出现非正常失效是经常会遇到的事，失效分析是指对失效产品为寻找失效原因和预防措施所进行的一切技术活动。就是研究失效现象的特征和规律从而找出失效的模式和原因。其任务是既要揭示产品功能失效的模式和原因，分析失效的机理和规律，又要提出并实施纠正和预防失效的措施。,2023/2/26,6 热处理失效分析典型案例,失效给我们造成巨大的甚至是无法挽回的损失；而失效分析则可以有效地避免或减少这些损失。失效分析是一项极为仔细的工作，它像侦探破案一样，需要对破损的零件及零件的工作环境进行抽丝剥茧的观察和分析。在现代高科技手段不断涌现的今天，电镜、电子探针、应力分析仪等仪器设备的运用为失效分析增加了方便而准确的手段，但这些昂贵的设备对于绝大多数热处理企业是可望而不可及的，利用普通的金相显微镜进行分析判断仍是目前大多数金相热处理工作者主要的手段。下面介绍几个利用普通手段进行观察分析的案例。,2023/2/26,案例1 45#零件开裂分析一、基本情况 客户45#零件，要求HRC40-45，热处理后零件在磨削过程中发现开裂，要求分析原因。,取样位置,6 热处理失效分析典型案例,2023/2/26,案例1 45#零件开裂分析（续）,二、材料成分分析 零件材料符合45#标准成分。,2023/2/26,案例1 45#零件开裂分析（续）,三、硬度及金相检查1、硬度检查 HRC4243（圆盘部位）2、金相检查,100，4硝酸酒精溶液腐蚀圆盘部位组织：材料存在一定的带状偏析。,2023/2/26,案例1 45#零件开裂分析（续）,2、金相检查（续）,2023/2/26,案例1 45#零件开裂分析（续）,三、分析意见1、从化学成分及金相组织看，材料及淬火组织基本正常。2、从裂纹的形态看，这是应力裂纹，并发生于零件沟槽底部的角位，毫无疑问，零件的残余应力来自热处理，而槽底的角位起到了应力集中的助推作用。3、此零件采用的材料为45钢，由于45钢的淬透性较差，一方面它需要强烈的冷却才能获得较高的淬火硬度，同时它对零件的尺寸及形状十分敏感。,2023/2/26,案例1 45#零件开裂分析（续）,三、分析意见（续）3、（续）本零件是由一个厚度为11.5mm的圆盘与一个直径为40mm的圆柱组合而成，在它们的结合部会形成一个截面最大、也是淬火效果最差的部位，裂纹区域二侧的硬度测试情况和金相组织均证明了圆盘与圆柱的结合部是一个淬火组织与非淬火组织的交接部位，这里一定会产生很大的内应力，加上此部位的槽底又存在一个加工角位，应力在此集中并加强，裂纹也在此发生。,2023/2/26,案例1 45#零件开裂分析（续）,三、分析意见（续）4、预防及改进措施：（1）热处理目前采用的是碱浴等温淬火方法（应该说这种工艺方法对45钢已是减少淬火应力的较好的选择了），从目前情况看碱浴等温淬火相对来讲冷速还是较高。如果采用分段淬火（即圆盘部位先实现快速淬火并自回火，然后圆柱部位再淬火）有可能实现避免裂纹的产生，但这种工艺实行上困难是很大的。（2）建议将材料改为40Cr。,2023/2/26,6 热处理失效分析典型案例,案例2 零件氮化后尺寸涨大分析 一、基本情况 客户42CrMo零件如图，零件经调质后进行氮化处理，氮化后发现零件的内外径均涨大0.05mm，要求分析原因。,产品实物图,2023/2/26,案例2 零件氮化后尺寸涨大分析（续）,二、硬度及金相检查1、硬度检测 表面硬度：HV0.2 550-580 芯部硬度：HRC 33.5-342、金相检查,500，4硝酸酒精溶液腐蚀氮化表面组织，白亮层厚度1012芯部组织为回火索氏体,2023/2/26,案例2 零件氮化后尺寸涨大分析（续）,三、分析意见1、从金相组织及表面硬度看，氮化处理正常。2、此零件客户要求的调质硬度为HRC28，其对应的回火温度应该在580-590，而从检测的结果看，零件实际的芯部硬度为HRC33.5-34，此硬度的对应的回火温度在550左右（HRC33.5-34实际上是长时间氮化后的硬度，零件氮化前的硬度还应高于HRC33.5-34）。由此证明此零件调质时硬度没有达到要求，即调质的回火温度偏低，通常要求控制变形的氮化零件，其调质回火温度应高于氮化温度40-50，否则会造成零件在氮化中进一步的回火，导致零件尺寸涨大。（氮化温度为550）3、由于氮化前客户对零件尺寸都已加工到位，而零件的变形实质上是回火温度过低造成的，因此零件已无法挽回。,2023/2/26,6 热处理失效分析典型案例,产品实物图,2023/2/26,案例3 汽车尾箱盖扣件断裂分析（续）,二、材质分析进口零件的杆体材料符合40CrMo或42CrMo，平板零件符合15Mn；客户零件的杆体材料符合35CrMo，平板零件符合15钢。,2023/2/26,案例3 汽车尾箱盖扣件断裂分析（续）,三、硬度检查 1、进口零件,2023/2/26,案例3 汽车尾箱盖扣件断裂分析（续）,三、硬度检查（续）1、进口零件（续）进口零件的硬度分布情况（从铆压的底部向杆的上部测量）从测量情况看，8.5mm前为硬度升高区，即重新淬火区，8.516mm为硬度下降区，即回火或退火区，18mm以后为杆体的正常硬度区。,2023/2/26,案例3 汽车尾箱盖扣件断裂分析（续）,三、硬度检查（续）2、客户零件,平板零件,杆体零件,零件断裂位置,2023/2/26,案例3 汽车尾箱盖扣件断裂分析（续）,三、硬度检查（续）2、客户零件（续）客户零件的硬度分布情况（从铆压的底部向杆的上部测量）从测量情况看，9.0mm前为硬度升高区，即重新淬火区，912mm为硬度下降区，即回火或退火区，12mm以后为杆体的正常硬度区。,2023/2/26,案例3 汽车尾箱盖扣件断裂分析（续）,四、金相检查 1、进口零件,2023/2/26,案例3 汽车尾箱盖扣件断裂分析（续）,四、金相检查（续）1、进口零件（续）,2023/2/26,案例3 汽车尾箱盖扣件断裂分析（续）,四、金相检查（续）2、客户零件,2023/2/26,案例3 汽车尾箱盖扣件断裂分析（续）,四、金相检查（续）2、客户零件（续）,2023/2/26,案例3 汽车尾箱盖扣件断裂分析（续）,五、分析意见1、两款产品采用的材料基本一致；2、两款产品采用的工艺方法也基本一致，均为杆体先调质，然后与平板热压铆接，铆接后直接淬火；3、从硬度分布情况与金相组织分析，两款零件存在较大的差别：（1）进口样品铆压时加热温度高，淬火温度也高，组织为韧性较好的板条马氏体，而客户零件淬火温度较低，组织为淬火马氏体；（2）进口零件虽然加热温度高，但时间很短，以致铁素体只有少量析出，而客户零件虽然加热温度较低，但时间较长，以致铁素体大量析出；,2023/2/26,案例3 汽车尾箱盖扣件断裂分析（续）,五、分析意见（续）（3）进口样品的铆压重新淬火区经过明显的回火，硬度为HRC4647，推算回火温度约为280300，而客户零件的马氏体明显回火不足，或未经回火，硬度为HRC50；（4）零件热铆时的热影响区（即回火或退火区）的宽度差别较大，进口样品的热影响区约78mm，客户零件的热影响区为3mm。4、结论：经初步分析，我们认为造成客户零件疲劳断裂的原因有以下两点：（1）零件铆压淬火后回火不足或未经回火；（2）铆压的加热工艺不当，造成过渡区出现较多的铁素体组织，直接影响了零件的疲劳寿命。,2023/2/26,6 热处理失效分析典型案例,案例4 轴类零件调质处理后切削性能不良分析 一、问题现状 客户有一款电机轴，材料为45钢，原先不进行热处理，在使用中会出现断裂，后来增加了调质处理，处理的硬度为HRC1822，但出现了新的问题，即在随后的螺纹攻制时出现了攻牙慢、效率低的问题。客户要求分析原因并提出相应的解决办法。,2023/2/26,案例4 轴类零件调质处理后切削性能不良分析（续）,二、硬度及金相检查1、调质硬度HRC1822的零件,2023/2/26,二、硬度及金相检查（续）2、将硬度降到HRC10的零件,案例4 轴类零件调质处理后切削性能不良分析（续）,2023/2/26,三、分析意见1、机加工攻牙（也即切削问题）困难，从材料角度分析一般有两种情况;（1）材料硬度过高，造成切削力加大；（2）材料硬度虽不高，但十分粘刀，造成排削不畅。2、从金相组织分析，粒状珠光体（即粒状碳化物）由于断削困难是不利于排削的，而片状珠光体易于断削，不会造成粘刀和排削不畅。客户先前未经热处理时，不存在切削困难的问题，是因为原材料一般为热轧状态或热轧退火状态，这种状态均为片状珠光体的金相组织。,案例4 轴类零件调质处理后切削性能不良分析（续）,2023/2/26,三、分析意见（续）3、目前采用调质的方法提高材料的强度，以防止零件发生断裂，这种方法是对的，但必定会带来切削性能变差的问题，一味地降低调质硬度的做法应该是无效的。4、那么有没有二者适当兼顾的办法呢建议采用正火的办法，硬度约在HRC10左右。,案例4 轴类零件调质处理后切削性能不良分析（续）,2023/2/26,6 热处理失效分析典型案例,案例5 4Cr13零件断裂分析一、基本情况 客户4Cr13零件，要求HV550以上，零件热处理后在使用过程中发生断裂，要求分析原因.,内圈圆弧面经过高速车削加工,断裂部位,2023/2/26,案例5 4Cr13零件断裂分析（续）,二、硬度及金相检查1.硬度检查 HV0.5 6115932.金相检查,500，FeCl3盐酸水溶液腐蚀断口截面金相组织，呈现十分明显的沿晶断裂特征，即材料的晶界十分脆弱。,2023/2/26,二、硬度及金相检查（续）2.金相检查（续）,1000，FeCl3盐酸水溶液腐蚀高倍浅腐蚀金相图片，从图片可看到，链珠状的碳化物沿晶分布的情况十分明显。这是材料的晶界呈现脆弱的内在原因。,案例5 4Cr13零件断裂分析（续）,2023/2/26,案例5 4Cr13零件断裂分析（续）,二、硬度及金相检查（续）2.金相检查（续）,2023/2/26,三、分析意见1、从零件的金相组织看，此材料存在碳化物链网状分布的缺陷，这是材料呈现脆性特征的主要原因，这种缺陷是材料锻造时冷却不当造成的，属于原材料缺陷。2、从零件的表层金相组织看，零件的许多部位出现因加工不当而产生的重新淬火组织，这种组织本身就存在极大的脆性，而且这种组织在生成时会产生新的应力，导致零件的内应力增加，这应该是导致零件断裂的外在诱发因素；3、零件沉头孔底部的直角建议作适当的改进；4、零件的热处理组织及硬度正常。,案例5 4Cr13零件断裂分析（续）,2023/2/26,6 热处理失效分析典型案例,案例6 Cr12模具热处理回火开裂分析一、问题现状 客户Cr12模具，尺寸为24862(内孔128)，要求硬度HRC5862，模具在热处理回火过程中发现开裂，要求分析原因。,模具实物,2023/2/26,二、材料成分光谱分析,材料成分基本符合Cr12,案例6 Cr12模具热处理回火开裂分析（续）,2023/2/26,案例6 Cr12模具热处理回火开裂分析（续）,三、硬度及金相检查,树枝状结构,网状碳化物的区域,碳化物堆积区,2023/2/26,三、硬度及金相检查（续）,案例6 Cr12模具热处理回火开裂分析（续）,2023/2/26,四、分析意见1、此模板材料碳化物分布均匀性很差，碳化物的网状分布和堆积都十分严重，这说明材料锻造情况很差，这是模具韧性差的直接原因。2、从模具断裂面的纹路看，模具淬火时在螺纹孔位产生了较严重的应力集中，说明热处理时对孔位的保护措施不到位，由于淬火采用的是等温冷却，这种淬火方式保留了大量的残余奥氏体，这也是模具在淬火时没有直接爆裂的原因；而在回火时，大量的残余奥氏体将转变为马氏体，转变产生的组织应力进一步加大，最后导致了模具在回火过程中爆裂。3、结论：模具的材质过差是模具爆裂的内在原因，也是主要原因，热处理时对孔位的保护措施不足也是重要原因。,案例6 Cr12模具热处理回火开裂分析（续）,2023/2/26,6 热处理失效分析典型案例,案例7 440C圆柱导套磨后表面腐蚀分析一、问题现状 客户某圆柱导套，选用材料为440C，要求硬度HRC5860，客户在圆柱面磨削后发现较多的腐蚀坑点，要求分析原因。,金相取样部位,零件实物,腐蚀坑点,2023/2/26,案例7 440C圆柱导套磨后表面腐蚀分析(续),二、硬度及金相检查1、硬度检测：HRC5757.52、金相检查,2023/2/26,二、硬度及金相检查（续）2、金相检查（续）,案例7 440C圆柱导套磨后表面腐蚀分析(续),2023/2/26,案例7 440C圆柱导套磨后表面腐蚀分析(续),二、硬度及金相检查（续）2、金相检查（续）,2023/2/26,2、金相检查（续）,案例7 440C圆柱导套磨后表面腐蚀分析(续),2023/2/26,三、分析意见 1、从材料抛光直接观察的情况可以看到，材料中存在较多的奇特形状的非金属夹杂物，查阅有关资料，含铬量较高的钢材在冶炼脱氧时，如排渣不良易残留FeOCr2O3和Cr3O4非金属夹杂物，当含铬量大于9%时，以Cr3O4为主，这一类夹杂物与硫化物、氧化物及硅酸盐夹杂物形态不同，它将出现多种奇特形状，如三角形、梯形、六角形、十字花形等，根据以上观察和分析，初步判断本材料所含夹杂物为Cr3O4非金属夹杂物；2、查阅有关资料得知，Cr3O4是一种易被酸性溶液溶蚀的化合物，我们的金相试样制作也反映了这一特点。由此我们初步认为客户在磨加工时使用的冷却液或防锈液中（也包括放置环境）含有某种酸性物质，进而造成了腐蚀坑点；3、建议避免使用含有某种酸性物质的冷却液或防锈液，也可以更换零件材料。,案例7 440C圆柱导套磨后表面腐蚀分析(续),2023/2/26,6 热处理失效分析典型案例,案例8 38CrMoAl齿轮传动轴断裂分析,产品实物图,一、问题现状 客户某齿轮传动轴采用材料38CrMoAl，热处理过程为调质+氮化，调质要求硬度HRC2832，客户在使用过程中发生早期断裂（交变应力下循环约4000余次），要求分析原因。客户提供的断裂齿轮轴如图。,2023/2/26,案例8 38CrMoAl齿轮传动轴断裂分析（续）,一、问题现状（续）,断口图片：未观察到疲劳源及疲劳发展的纹线，基本是一个韧性的扭断断口。说明轴的传递载荷的能力不足，即轴的整体强度不足。,2023/2/26,二、硬度及金相检查1、硬度检测 表面硬度 氮化未磨削面 HV0.2 1050 磨削后表面 HV0.2 960 芯部硬度 HV1 267 换算HRC27.52、金相检查,200，4硝酸酒精溶液腐蚀圆柱面金相组织，因经过磨削加工，剩余的氮化层深度约0.08mm,案例8 38CrMoAl齿轮传动轴断裂分析（续）,2023/2/26,2、金相检查（续）,200，4硝酸酒精溶液腐蚀芯部组织：为回火索氏体，材料的黑白区比较明显，即材料的材质均匀性较差。,案例8 38CrMoAl齿轮传动轴断裂分析（续）,2023/2/26,三、分析意见1、从零件的损坏情况看，此轴传递的力比较大，断口是一种韧性的扭断形式，因而可以判断零件的基体强度不足，因此提高零件基体的强度是解决本零件寿命的唯一方法，一般来说，硬度在HRC4548左右才是比较有利于材料的疲劳寿命的。2、但本零件另一个性能要求表面高耐磨，要求零件进行氮化处理，氮化处理的温度与38CrMoAl获得HRC4548硬度的回火温度存在冲突，在550氮化温度下，38CrMoAl的硬度约HRC3538，因此，既要保持基体的高强度又要获得表面的高硬度，38CrMoAl这种材料是不能胜任的，必须更换更合适的材料，或采用其他的化学热处理强化方式。3、建议破析国外或成熟客户样品，以供参考。,案例8 38CrMoAl齿轮传动轴断裂分析（续）,2023/2/26,6 热处理失效分析典型案例,案例9 2083模具试模开裂分析 一、问题现状 客户2083塑胶模具，要求硬度HRC4852，客户在试模过程中发现严重开裂，要求分析原因。,2023/2/26,案例9 2083模具试模开裂分析（续）,一、问题现状（续）,2023/2/26,二、材料光谱分析,模具材料成分符合德国1.2083,案例9 2083模具试模开裂分析（续）,2023/2/26,三、硬度及金相检查 1、硬度检测 HRC4851 2、金相检查,案例9 2083模具试模开裂分析（续）,2023/2/26,2、金相检查（续）,100，4%硝酸酒精溶液腐蚀，基体组织：存在碳化物带状偏析。,案例9 2083模具试模开裂分析（续）,2023/2/26,2、金相检查（续）,案例9 2083模具试模开裂分析（续）,2023/2/26,三、分析意见1、从模具的金属流线图片可以看出，此模具的一个工作面上受到了超乎寻常的推压力，（结合模具残块和金属流线分析，此受力面应是图片上的残留小平面），从S 形和波浪形的金属流线可以判断此超乎寻常的推压力还是左右变化的。2、2083材料是一款过共析模具钢，在正常的热处理条件下，它会保留一定的碳化物以增加其耐磨性，正是保留碳化物的存在，材料的韧性是有一定限度的，在高硬度的条件下，一旦发生塑性变形就意味着裂纹发生，这些裂纹可能是微裂纹也可能是直接的开裂。,案例9 2083模具试模开裂分析（续）,2023/2/26,三、分析意见（续）3、从模具设计角度讲，保证模具在刚性条件下工作应是首要条件，因为模具一旦发生塑性变形，就意味着精度丧失，模具也就失去了工作的意义。从现在观察到的实际情况看，此模具已经发生了严重的塑性变形和过度塑性变形带来的开裂，因此我们初步认为此模具的设计或装配存在重大缺陷。4、此模具的材质存在一定的缺陷，主要为碳化物存在带状偏析，同时在碳化物密集带内存在一定的链状和半网状二次碳化物，这种缺陷会影响模具的使用寿命，但不至于在试模时就发生一次性开裂。5、从模具的金相组织看，热处理组织正常，硬度也在要求范围内。,案例9 2083模具试模开裂分析（续）,2023/2/26,衷心感谢各位朋友的信任和支持！,谢谢大家！再见！,
