端子断裂失效分析

2015-02-28

1. 案例背景

  失效样品为某汽车接地线束的固定端子,生产流程为:原料铜管→裁剪→冲压成型→表面镀锡→装配→振动试验(21万次)→断裂;其可靠性测试中6个成品经振动试验21万次后其中一个断裂,委托方要求分析该断裂失效端子的失效机理,并给出改进建议。

  2. 分析方法简述

  外观检查中可观察到失效样品断裂的2部分能无缝对接,断裂位置在冲压形成的台阶折线处。

  

  将失效样品断口用超声波清洗干净,然后在SEM下放大观察断口形貌,高倍下发现断口存在明显的疲劳条带;低倍下观察到断口两侧低中间高,为两侧先开裂再向中间扩展形成的中间凸起断口形貌,结合据委托方提供的样品振动21万次后断裂信息,判断样品为双向高周疲劳断裂模式。

  

  失效样品先去镀层,再进行化学成分分析,结果表明失效样品材质为纯铜,材料不存在异常。

  

  失效样品和正常样品分别镶样,进行金相分析,失效样品腐蚀前金相观察未发现明显缺陷,腐蚀后可观察到大变形区域的纤维状α相,小变形量区域为α相组织,伴有较多孪晶;正常样品腐蚀前金相观察发现样品表面的折弯处存在微裂纹,裂纹填充满锡,推断裂纹为冷加工成型造成的,腐蚀后可观察到金相组织为α相组织,伴有较多孪晶。

  

  

  3. 分析与讨论

  从断口分析可知,样品断口形貌主要为高周期疲劳断裂特征,根据客户提供的震动试验资料,样品试验过程是周期振动,21万次后断裂,符合低应力高疲劳周期的双向高周疲劳断裂特征,两侧裂纹无锡填充,说明为镀锡后开裂,为冷机加工造成应力折叠形成的开裂。

  从化学成分可知失效样品的铜含量在99.99%,材质为纯铜,材料不存在异常。

  从金相图片可知,失效样品与正常样品的金相组织都为α相组织,伴有较多孪晶,为冷机加工残留内应力较大的特征;正常样品可观察到填充锡的微裂纹,为冷机加工缺陷,这些表面微裂纹可能会成为开裂源。

  4. 结论

  样品失效的主要原因为冲压成型形成的台阶折弯处变形量大,伴有大量残余应力,在交替循环弯曲应力作用下成为开裂源继而断裂,为双向高周疲劳断裂模式;高周疲劳断裂一般为偶然现象,不会存在大批量问题。

  建议:添加退火热处理工艺,消除冷机加工内应力

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