材料断口分析

背景：成都某大型外资企业所使用的连接拉杆，设计使用寿命1年，实际使用1月就发生断裂失效，断裂失效的危害不在于产品本身的经济价值，而是在于影响工程正常生产活动，危及现场操作人员的生命健康。本检测中心作为四川省第三方检测机构之一，受该公司委托，对该事件进行深入调研分析，查找产品发生断裂失效的原因，协助工厂改善加工环境以及产品品质，为企业挽回经济损失上百万元。我们这里有的失效分析团队，的设备技术支持，我们会综合使用环境以及材料自身因素对零件产品的断裂原因进行深入浅出的刨析，急企业之所急，想企业之所想，真正做到为企业服务，为社会服务！

一、  概述

送检样品从外观看，属于组合型的轴承类的零件，断裂发生在外圈的轴套上，且已经严重变形。断裂的外圈轴套见图1，内圈轴瓦见图2。

图1    断裂的外圈形貌                图2    内圈的形貌

二、  宏观分析

对断裂的外圈试样各个部位进行了编号，见图3，各部位对应的内壁形貌见图4~7。内壁形貌显示内壁有严重的擦伤磨损痕迹，且擦伤磨损痕迹非常不均匀，局部磨损痕迹已经氧化变黄，在断口位置磨损痕迹已经氧化发黑。断裂源位置位于图8中虚线白圈的位置。对应的位置侧面是严重的磨损及氧化发黑区域，见图10。

图3    对外圈的位置编号示意图           图4    1~3位置的内壁形貌

图5    4~5位置的内壁形貌           图6    5~6位置的内壁形貌

图7    6~7位置的内壁形貌              图8    7位置断口形貌

图9    7位置内壁的擦伤磨损痕迹    图10    7位置断裂源位置与擦伤磨损

                                      痕迹的对应关系

在体视显微镜下进行断裂源观察，断裂源位于图12和13中箭头所示部位。图14显示的是外圈内壁边部的金属条损伤掉落的形貌。

图11    体视显微镜下的断裂源     图12    体视显微镜下的断裂源

图13    断裂源对应的内壁形貌     图14    2位置边部金属条损伤形貌

三、  扫描电镜分析

图15是断裂源位置的形貌，图16是断裂源区严重氧化腐蚀后断续状的疲劳纹形貌，图17是断裂源区较为清晰的疲劳纹形貌。图18为扩展区的解理断口形貌，图19为终断区的变形撕裂的解理断口，并可见解理刻面间有撕裂裂纹。

图15   断裂源区的形貌                图16    断裂源区断续状的疲劳纹

图17   疲劳源区清晰的疲劳纹               图18    断裂扩展区的解理断口形貌

图19    终断区撕裂变形的解理断口及其间的撕裂裂纹

将试样倾斜后，暴露出断裂源见图20，图21和22为局部放大，图21显示断裂源位于内壁边部凸起的金属条和内壁的交界位置，该位置正好有一明显的金属剥落形成的小坑，图22显示内壁侧的坑有严重的氧化污染，图23和24显示断裂源附近的内壁侧有密集的金属剥落形成的小坑，坑内已经出现多条裂纹。

图20   试样倾斜后暴露出来的断裂源形貌            图21   断裂源的放大

图22    断裂源的进一步放大

图23   断裂源附近内壁侧金属剥落产生的坑        图24    图23的局部放大

四、  结论

（1）断裂属于单源疲劳断裂。

（2）断口分析可以得出的断口的形成有两个原因：

，外圈轴套的内壁磨损不均匀，且有不同程度的氧化，说明外圈轴套与轴瓦的安装存在较大偏差，且运行过程中润滑不良，断裂源即位于磨损较大且氧化发黑的1和7位置的交界区域。

第二，结构设计上存在不足，外圈内壁的边部有一条凸起的金属条，金属条与外圈内壁过度圆角不足，导致该部位有严重的应力集中。在2位置，已经出现了金属条掉落，1和7位置的断裂源也位于这个部位。

（3）需要进一步完善材质、性能、组织等分析工作，确定断裂否是与材质不符合、轴瓦匹配不足等原因相关。

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