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飛納電鏡用戶專訪｜CTI 華測檢測談金屬材料失效分析
華測檢測認證集團股份有限公司成立于 2003 年，總部位于深圳，為客戶提供一站式測試、檢驗、認證、計量、審核、培訓及技術服務，致力于在政府、企業和消費者之間傳遞信任，以“為品質生活傳遞信任”為使命，全面保障品質與安全，推動合規與創新，實現更健康、更安全、更環保的高質量發展。華測檢測認證集團股份有限公司中心材料實驗室能夠為工業材料領域提供材料檢測、無損檢測、失效分析、質量評定和安全評估等服務，適用于金屬、高分子等各類原材料以及緊固件、機械零部件、塑料、橡膠等各類成品。
近日，我們有幸采訪到 CTI 華測檢測杭州中心材料實驗室，主要負責金屬失效分析的溫洪波工程師，結合在測試分析中的實際案例，為我們分享了金屬材料失效分析的思路和方法，我們一起來看看吧。
Q1. 飛納電鏡 ：目前造成金屬件失效的主要原因有哪些？
溫工 ：通常原材料問題、后續加工工藝和熱處理不當、金屬件工作時受力狀況及其工作環境等，都會造成金屬件的失效。比如原材料內生和鑄造過程中產生的不同類型的夾雜物；工藝不當時會產生裂紋、折疊、過燒等缺陷，以及機加工表面粗糙度較大造成應力集中、熱處理不當造成的金相異常、內應力過大、電鍍涂層造成的氫脆等；由接觸應力導致的磨損、剝落等，這些都是常見的失效方式。
Q2. 飛納電鏡 ：您在進行失效分析時的一般流程是怎樣的呢？
溫工 ：通常當我們對金屬件進行失效分析時，會進行宏觀觀察、微觀檢測、化學成分定量檢測、金相組織觀察以及顯微硬度檢測等，并結合綜合受力狀態進行綜合分析并得出失效結論。其中，想要確定斷裂機制、裂紋局部擴展途徑、確認裂紋源以及對異常點進行成分定性分析時，就必須借助掃描電鏡來進行微觀層面的檢測。
Q3. 飛納電鏡 ：有沒有常見的金屬材料失效分析的案例分享呢？
溫工 ：比如外球籠螺紋在裝配過程中鎖緊螺母時發生斷裂，如果客戶想要對失效產品進行相應的改進，就必須要找出斷裂的微觀機制，進而找出產品失效原因。
宏觀分析
圖 1 為外球籠螺紋處斷裂示意圖，在第 2 螺紋處發生斷裂，斷口匹配不太緊密，存在少量變形。圖 2 為其斷口宏觀形貌，整個斷口分為兩個區域。區域 A 較光亮，存在發亮的小刻面，為脆性斷裂；區域 B 較粗糙，呈現暗黑色，有斷后磨損所致的光亮地帶，擴展方向如圖中黃色箭頭所示，圖中紅色方框為終斷區，存在 45° 的剪切唇，因此區域 B 為塑性斷裂。根據斷口細小的弧形紋路及 A、B 區域斷裂特征判斷，外球籠在斷裂時受扭轉力作用，斷裂起始于 A 區域。
微觀分析
在這個失效分析案例中，我們對處理好的樣品進行微觀機制的探究時，使用飛納大倉室掃描電鏡 Phenom XL G2 可以快速地對斷口進行微觀形貌觀察，以及對斷口異常區域進行能譜分析。
對外球籠螺紋處斷口的 A 區域、B 區域進行微觀分析，區域 A 微觀形貌為河流花樣，為典型的解理形貌。區域 B 微觀形貌主要由韌窩 + 珠光體片組成。
區域 A - 斷裂起始區
再結合失效件的成分分析、金相分析和硬度分析結果，可以綜合判斷出外球籠螺紋處內部存在孔洞及裂縫，因而產生嚴重的應力集中，造成鎖緊螺母時發生斷裂。
Q4. 飛納電鏡 ：目前使用下來，您覺得飛納電鏡怎么樣？
溫工 ：飛納電鏡是我們進行微觀層面失效分析的有力工具，對于我們快速判斷裂紋機制，尋找裂紋源非常重要。這臺設備抽真空不到 30 秒，并且操作很簡單，可以自動消磁/消像散，Revisit 樣品位置一鍵回溯、自由切換低真空模式等，對各類樣品的檢測都非常便捷，基本上只需要幾分鐘就可以完成一個樣品的微觀測試。
Q5. 飛納電鏡 ：當初為什么會選擇飛納電鏡呢？
溫工 ：像我們這樣綜合性的第三方檢測機構，平時接收的樣品量很大，種類多樣，飛納電鏡對于我們而言，不僅是幫助我們完成了微觀形貌和成分的測試，更大的價值是這臺掃描電鏡提高了我們的檢測效率，因其操作簡便，縮短了我們的培訓時間，節省了我們學習成本，對我們幫助很大。
目前 CTI 華測檢測杭州中心材料實驗室的金屬失效分析服務可以涵蓋汽車零部件、精密零部件、模具制造、鑄鍛焊、熱處理、表面防護等多類金屬相關行業，同時包括機械性能、化學成分分析、金相分析等豐富的金屬材料檢測服務，歡迎大家問詢和參觀。