微觀缺陷分析在金屬材料失效質(zhì)量原因調(diào)查中的應(yīng)用

楊杰森 馬途麗 蔣忠倫 陳娟

摘要：隨著材料科學(xué)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的進步，掃描電子顯微鏡（又稱掃描電鏡、英文縮寫型SEM（SANNINGELECTRONMICROSCOPE））的性能及其在材料學(xué)中的應(yīng)用范圍有了很大提高。掃描電鏡使用高能電子束掃描樣品。電子束與樣品物質(zhì)的相互作用刺激了二次電子、后向散射電子等多種物理信息，從而觀察和分析了樣品表面或短球形態(tài)，目前在材料科學(xué)、冶金礦物、半導(dǎo)體&微電子、生命科學(xué)等領(lǐng)域，特別是材料學(xué)中，SEM被廣泛應(yīng)用于粉末和纖維、石墨陶瓷、金屬材料、復(fù)合材料、納米材料等研究。結(jié)合SEM和其他分析儀器，可以觀察材料的微觀形態(tài)、晶粒大小形狀、元素定量和定性成分分析、材料斷裂分析和失效分析功能。已經(jīng)成為材料科學(xué)和質(zhì)量管理中不可缺少的工具之一。

關(guān)鍵詞：微觀缺陷分析;金屬材料失效;質(zhì)量原因

引言

隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，使用高能電子束掃描樣品的掃描電子顯微鏡（稱為掃描鏡或SEM（scanningclomscopy））的性能和范圍，通過各種物理信息，例如二次電子和電子束與樣品材料相互作用產(chǎn)生的反向電子，對樣品表面或形態(tài)進行觀察和分析，已被廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、礦物等領(lǐng)域SEM與其他分析工具相結(jié)合，能夠觀察材料的微觀形態(tài)，組織顆粒形狀，對成分進行定量和定性分析，進行材料斷裂分析和失效分析，已成為材料科學(xué)和質(zhì)量控制的重要工具之一。

1實驗材料及過程

1.1試驗材料

以6110鋁合金為研究對象，其化學(xué)成分見表1，鋁合金整體鍛造制備工藝如下：熔煉-鑄造-均勻化處理-擠壓-鍛造-熱處理，產(chǎn)品鍛造熱處理后，表面不平整，存在凸起在對缺陷區(qū)域進行小樣本切割后，用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡對材料進行了觀察和分析。

1.2開裂金相分析及能譜分析

通過制備開裂面截面金相試樣并磨制拋光，可以很清晰地看到開裂部位截面宏觀特征。試樣截面特征相似，中部均有明顯的分層裂紋。中部開裂面附近可觀察到較多的裂紋呈“壓扁的網(wǎng)絡(luò)狀”，裂紋內(nèi)存在氧化鐵，裂紋附近有密集的高溫氧化圓點。

1.3折彎件缺陷問題分析

折彎是形成冷沖壓的過程，即在灰色材料受力、應(yīng)力超過材料的彎曲點以及塑性變形后加工某種形狀的過程。彎曲是指將板坯件放置在特殊的彎曲模具中、使用壓力機或使用特殊設(shè)備將注射模用作角度制造零件的過程。折彎材料時，其彎管頭處會發(fā)生重大的塑膠變形，亦即外層會延長，內(nèi)部曲面會壓縮。彎曲半徑太小，無法彎曲。曲率半徑過大，導(dǎo)致彈性反彈。因此，曲率半徑值過高或過低可能會對彎曲零件的質(zhì)量產(chǎn)生負面影響，而折彎半徑值過低是導(dǎo)致折彎缺陷的主要原因。除了塑性變形外，彎曲的零件還伴隨著彈性變形，當(dāng)外力被移除時，彈性變形的彈性部分會立即恢復(fù)以產(chǎn)生彈性（反彈）或在壓力彎曲處斷裂，從而導(dǎo)致彎曲和斷裂。材料的彈性是材料在外力作用下變形的一種金屬特性，移除外力后，可恢復(fù)為其原始造型。

2結(jié)論

（1）缺陷部分可以看到疑似裂紋的線，該線大致平行于鍛造外觀輪廓，兩端均在內(nèi)側(cè)終止而不與邊緣相交。（2）光學(xué)觀測，缺陷邊緣較光滑，無斷裂痕跡，無形狀變形痕跡。（3）缺陷界面上有直徑為2-3分的聚合物結(jié)構(gòu)顆粒嵌入。（5）顆粒eds成分c含量為97%，表明該顆粒是調(diào)制器跌落。

3缺陷解決方案

3.1保持彎曲前的板料彎曲方向與板料軋制方向的垂直

軋制過程中鋼板形成的纖維織物由于方向不同，產(chǎn)生了材料力學(xué)性能的各向異性。在車間的實際操作過程中，當(dāng)纖維的方向平行于折彎線的方向時，材料的抗拉強度較低，并且容易使管接頭斷裂。在這方面采取的處理措施如下：如果織物纖維的方向與受材料一般外觀約束的折彎線的方向平行，則折彎圓角半徑必須至少增加鈑金最小折彎半徑的兩倍;當(dāng)組織中的纖維方向垂直于折彎線時，材料具有較高的抗拉強度，并且折彎圓角半徑可以是最小折彎半徑。折彎雙向工件時，必須了解折彎線方向上的組織纖維方向.

3.2加強對防腐涂料的涂裝控制

在鋼結(jié)構(gòu)材料的運用過程中，還需要考慮到防腐材料的涂裝對其所產(chǎn)生的影響。一般來講，現(xiàn)階段的工作中都選擇一些較為晴朗的天氣、干燥的環(huán)境中進行防腐涂料的涂裝工作。如果在雨天或者大風(fēng)的天氣中，盡可能地避免開展這方面的工作。正式的施工之前，需要對構(gòu)件的表面進行充分的清潔處理，相關(guān)的工作人員在充分的了解到了說明書的相關(guān)要求和設(shè)計整體的方案之后，采取科學(xué)有效的管理措施進行防腐涂裝的施工管理。一般來講，主要是通過底層噴漿法，對于可能會出現(xiàn)腐蝕問題的地方進行噴涂的處理。在整個工作過程中，盡可能地避免漏涂、錯涂現(xiàn)象的發(fā)生。另外，還需要有效地避免一些酸性液體的腐蝕性作用。對其所產(chǎn)生的各種影響，在大的程度上提高鋼結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量。同防火處理的工作方式相同，完成了前期的涂裝之后也需要在后期的工作過程中對其進行相應(yīng)的監(jiān)管和維護。

3.3保持板料表面在彎曲前光滑

在實踐中，許多彎曲的零件被用作封套，例如面板、儀器封套等。這些零件需要良好的表面質(zhì)量，以避免出現(xiàn)劃痕、斷裂等缺陷。為此，為了確保彎曲零件表面的質(zhì)量，必須考慮到材料的合理選擇和使用;加工藝切削，凸模應(yīng)合理拋光;選擇凹圓角和凹凸間隙。所采取的技術(shù)措施包括：將切割或切割的工件折彎，使剪切體面向內(nèi)，即處于壓力狀態(tài)，形成效果更好;工件在折彎前用毛刺加工，折彎后可使用手動砂輪加工裂紋點。

結(jié)束語

通過分析金屬材料表面裂紋的缺陷，以使金屬材料更安全可靠，用有缺陷的魚骨圖和樹木建立了分析方法和模型?？蓪Χ喾较蚪饘俨牧媳砻嫒毕莸脑蜻M行系統(tǒng)深入的分析，確定企業(yè)級金屬材料可能存在缺陷的地方，以及缺陷類型和具體的缺陷信息。鑒于許多次區(qū)域----金屬材料系統(tǒng)、積累數(shù)據(jù)和繪制系統(tǒng)故障樹和缺陷圖所需的時間，以及金屬材料領(lǐng)域正在取得的技術(shù)進步，制定有效的材料缺陷分析方法至關(guān)重要數(shù)字化的手段更好地監(jiān)測整個金屬材料的健康，乃至生命周期的健康狀態(tài)監(jiān)測。

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