材料失效分析測試背景
某沖壓廠生產(chǎn)之電腦頂蓋系鍍鋅鋼板沖壓、鉚合、組裝、烤漆而成，組裝段鎖螺絲時，鉚合在頂蓋上的螺柱易發(fā)生斷裂，不良率約4%。參圖1，不良品只能報廢，嚴重利擾生產(chǎn)現(xiàn)場。
圖1頂蓋鉚柱實物圖
1、試驗方案
分析流程
2、數(shù)據(jù)分析
2.1 | 斷口形貌及成分分析
斷口形貌及成分分析
圖2螺柱斷口形貌圖
表1EDS成分分析Unite:wt%
螺柱斷面為撕裂狀形貌，未發(fā)現(xiàn)氫脆特征；
與位置2相比，位置1、3表面覆有大量顆粒狀物質，經(jīng)EDS鑒定為Zn；
正常螺柱扭轉斷裂斷口形貌應與位置2相似，斷口成分應不含Zn。
斷口表面Zn的可能來源有：
1）電鍍Zn前螺柱表面存在孔洞缺陷，造成鍍鋅時，Zn滲透至螺柱內(nèi)部。
2）螺柱扭斷后，外來Zn污染。
2.2 |螺柱表面形貌和成分分析
圖3螺柱表面形貌 表2EDS成分分析結果Unite:wt%
螺柱的表面存在很多孔洞，其形貌與成分和斷面位置1、3相似；
螺柱常規(guī)制程：六角型材>>切削>>鉆孔>>攻絲>>電鍍(脫脂>>水洗>>酸洗>>水洗>>電鍍鋅>>烘干>>除氫）>>打包出貨
由此懷疑斷面位置1、3檢測到Zn元素可能是由于鍍Zn前螺柱表面存在大量孔洞導致電鍍時Zn滲入螺柱內(nèi)部。
2.3| 切片分析
對鉚合后鎖螺絲斷裂螺柱做縱截面切片分析，結果見圖4:
圖4 斷裂螺柱縱截面切片形貌
在螺柱邊緣發(fā)現(xiàn)很多黑色的類似“孔洞”狀物質在材料內(nèi)部，其深度約60~70μm。
對未鉚合之螺柱做切片分析，結果見圖5:
圖5 未鉚合螺柱切片形貌
在未鉚合螺柱邊緣亦有很多黑色的類似“孔洞”狀物質，深度約90μm；依成分結果可知其為孔洞；在位置3、4為裂縫形貌，內(nèi)部含大量Zn，且有S, Cl等腐蝕性元素。
表3EDS成分分析結果Unit:wt%
由此上述現(xiàn)象可推斷：
孔洞的產(chǎn)生應該是被含有S, Cl等腐蝕性元素的腐蝕液腐蝕所致，裂縫在鍍Zn之前就已存在，部分孔洞在鍍鋅時被滲入的Zn填滿。
對嫌疑不良品(鉚合但未鎖螺絲的螺柱）切片分析，結果見圖6
圖6 嫌疑螺柱切片形貌
在已鉚合但未鎖螺絲的螺柱邊緣也有此類腐蝕孔洞，存在很大的斷裂風險； 腐蝕孔洞在有凹槽的地方特別嚴重，由此猜測在凹槽部位，腐蝕液殘留較多，導致腐蝕嚴重。
2.4 |螺柱性能分析
圖7扭矩分析
圖8金相分析
螺柱良品與不良品硬度無明顯差別，說明螺柱生產(chǎn)所用之六角型材質量并無明顯異常；
嫌疑不良品的扭矩波動很大，振幅達16kgf．cm。
螺柱芯部金相組織正常，為鐵素體+硫化物,表面靠近凹槽區(qū)域存在大量黑色腐蝕孔洞，應是導致螺柱扭矩不足，發(fā)生異常斷裂之主要原因。
3、分析討論
3.1、螺柱斷口上下邊緣被鍍上Zn，其形貌成分與螺柱表面相似，斷口表面未發(fā)現(xiàn)氫脆特征，說明斷裂與氫脆無關；
3.2、切片發(fā)現(xiàn)螺柱表面存在腐蝕性孔洞，凹槽區(qū)域尤其嚴重，深度達90μm；
3.3、腐蝕孔洞內(nèi)檢測到Zn，說明腐蝕孔洞產(chǎn)生在電鍍鋅之前；此外還檢測到S、Cl等腐蝕元素，推測孔洞應是電鍍制程酸洗工段殘留酸液引起螺柱表面過腐蝕所致；
3.4、螺柱的硬度，芯部組織正常，說明螺柱生產(chǎn)所用之六角型材質量正常，不是導致螺柱斷裂的主要原因；
3.5、嫌疑不良品扭矩波動很大達16kgf．cm，腐蝕越深扭矩越小，腐蝕孔洞的存在降低了螺柱的力學性能，且會產(chǎn)生應力集中，是導致螺柱力學性能降低，鎖螺絲時發(fā)生斷裂的主要原因。
4、結論
不良現(xiàn)象：壓鉚螺柱在鎖螺絲過程中發(fā)生異常斷裂。
失效原因：螺柱電鍍制程之酸洗工段大量酸洗液未被后續(xù)水洗工段清洗干凈，酸液殘留在螺柱凹槽區(qū)域，造成該區(qū)域在電鍍Zn前被過腐蝕，導致螺柱力學性能下降。當腐蝕過深時易在后續(xù)鎖螺絲制程引起螺柱異常斷裂。
責任判定：此不良責任在于螺柱電鍍前處理不當。
改善措施：追查電鍍制程，確保后續(xù)供貨質量，組裝現(xiàn)場做好進料品質管控。
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