继电器底座锡青铜引脚断裂失效分析_杨礼林.pdf

202302基础研究31Modern Chemical Research当代化工研究202302基础研究31Modern Chemical Research当代化工研究继电器底座锡青铜引脚断裂失效分析杨礼林 张弦 杨广舟（内蒙古科技大学 材料与冶金学院 内蒙古 014000）摘要：借助光谱仪、蔡司金相显微镜、场发射电子显微镜和维氏硬度计等手段对继电器底座金属引脚失效件进行检测与观察，分析并讨论造成该试样裂纹产生的影响因素。结果表明：材料的化学成分、显微组织、硬度值、非金属夹杂物级别、晶粒度级别及镀层厚度均符合标准要求，断面未见氧化现象和其他缺陷。断面进行宏观与微观观察，呈灰色、较平整、纹路清晰呈纤维状。断面从引脚弯曲内侧分为断裂源区、扩展区、终断区，呈疲劳辉纹形貌特征，结合工作在振动条件下的工作特点，可以判断引脚断裂源于内侧弯折处的微震疲劳断裂。关键词：锡青铜；引脚；疲劳辉纹；微振疲劳 中图分类号：TG157 文献标识码：A Fracture Failure Analysis of Tin Bronze Pin of Relay BaseYang Lilin,Zhang Xian,Yang Guangzhou (School of Materials and Metallurgy,Inner Mongolia University of Science and Technology,Inner Mongolia,014000)Abstract：By means of spectrometer,Zeiss metallographic microscope,field emission electron microscope and Vickers hardness tester,the failure metal pins were detected and observed,and the influencing factors causing the crack of the sample were analyzed and discussed.The results show that the chemical composition,microstructure,hardness,non-metallic inclusion,grain size and coating thickness of the pins meet the requirements of the standard,and no oxidation and other defects are found on the section.Macroscopic and microscopic observation shows that the section is gray,flat,and the strips are clear and fibrous.The section is divided into fracture source area,extension area and final fracture area from the inside of the pin bending,therefor it is characterized by fatigue striation morphology.Combined with the working characteristics under vibration conditions,it can be determined that the pin fracture originates from the microseismic fatigue fracture at the inside bending.Key words：tin bronze；pin；fatigue striation；micro vibration fatigue锡青铜具有良好的焊接性能、易切削加工、无磁性和低温脆性，受到冲击时不会产生火花，在制作耐磨零件和弹性元件方面用途广泛1-2。锡青铜在电气、电子工业中应用广、用量大，占总消费量一半以上。常用于各种电缆和导线，电机和变压器的开关以及印刷线路板，在机械和运输车辆制造中，用于制造工业阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。由于锡青铜镀层具有镀层质量稳定，粘合力强，耐腐蚀和耐老化性能良好，符合环保要求的优点，能更好的满足材料使用要求，成为最为广泛的合金镀层。文中继电器底座锡青铜（CuSn4表面镀Sn）引脚在工作中（23年后）断裂失效，正常设计寿命810年。该工件安装在电子线束箱内，运用在和谐号动车机车上，温湿度随运营线路和具体地点会有波动，在震动环境下工作。目前发现共有8件断裂，断裂引脚不固定且随机，断裂位置均为引脚折弯处。本文通过1件正常工件和1件断裂失效工件进行微观及宏观分析，结合工件服役环境，通过对比来确定断裂位置及失效原因，并提出预防改进措施。1.试验方法试验工件材料成分为CuSn4表面镀Sn，线切割线切割横向（径向）截取断口样，断口试样经超声波丙酮清洗后干燥，使用ZEISS EVO18场发射扫描电子显微镜及能谱仪对试样断口进行分析。使用FOUNDRY-MASTER直读光谱仪对试样的化学成分进行分析。断口成分分析后，在断口附近截取金相试样，经打磨与抛光后，在BX53M蔡司金相显微镜下观察抛光态断口形貌，然后使用硝酸冰醋酸水溶液侵蚀，对显微组织进行观察与分析，以确定试样的显微组织是否合格。借助402MVD显微维氏硬度计对失效零件和正常零件（对比件）的硬度进行检测，以确定失效零件硬度。2.试验分析(1)宏观分析由于锡青铜材质成分直接影响到产品的各项性能，严重的会直接导致其产生断裂，首先对继电器底座锡青铜引脚的化学成分按照铜及铜合金化学分析方法（GB/T 2151）中的技术要求进行比较，如表1所示化学成分符合国标技术要求。表1 锡青铜引脚化学成分(质量分数/%)材料FeNiPPbSnZnCu失效零件0.010.010.080.013.740.01余量GB/T 2151 0.10 0.200.010.40.023.54.50.20余量202302基础研究32Modern Chemical Research当代化工研究202302基础研究32Modern Chemical Research当代化工研究晶粒度为11级，符合技术要求。(a)基体位置；(b)弯折位置图3 显微组织形貌断口金相组织分析借助蔡司金相显微镜对磨抛后的试样进行观察，其断口周边抛光态形貌如图4（a）所示，观察到有两处异常处（和），并对异常处分别进行局部放大，如图4（b）（c）所示。经观察引脚镀锡层厚度为45，断口周边未见氧化和其他缺陷。经4%硝酸酒精溶液浸蚀后组织形貌如图5（a）所示，对图5（a）中和进行局部放大，如图5（b）（c）所示。图5（b）观察到变形组织集中，并向外扩展，因此判断变形组织集中的地方为裂纹源，断裂源在引脚弯曲内侧3-6。图5（c）为正常拉伸组织。(a)断口位置；(b)位置；(c)位置图4 断口抛光态形貌(a)断口位置；(b)位置；(c)位置图5 断口周边组织形貌断口形貌分析(a)宏观形貌；(b)断口SEM形貌（箭头指向断裂源处）图6 断口形貌图对断口进行放大观察，断面呈纤维状，暗灰色，较平整，纹路清晰。断口形貌如图6（a）所示。借助ZEISS EVO18电子扫描显微镜对工件进行扫描电镜分析，得到如图6（b）所示的断面SEM形貌图，因为疲该引脚呈弯曲状，宏观形貌见图1（a）所示，断裂处位于引脚弯折处（如图1（b）（c）中箭头指向处）。(a)(b)(c)(a)宏观形貌图;(b)(c)断口位置图图1 引脚宏观形貌(2)微观分析硬度测试按照国标GB/T 4340.1-2009金属材料维氏硬度试验，借助402MVD显微维氏硬度计对失效零件和正常零件（对比件）的硬度检测，检测结果如表2所示。从表中可看出，失效零件的硬度和正常零件硬度相当，符合企业的技术硬度要求。表2 硬度检测结果测试项目第1点第2点第3点第4点第5点平均值失效件（HV1）168168170168169168.6对比件（HV1）169169169168171169.2非金属夹杂物分析未腐蚀的金相经磨抛后将其表面在光学显微镜下放大100倍后，观察基体处和引脚弯折处非金属夹杂物，其非金属夹杂物形貌如图2所示，参照钢中非金属夹杂物含量的测定标准（GB/T 10561-2005）进行评定，未见较大且明显夹杂物，因此判断试样的非金属夹杂物符合企业技术要求。(a)基体位置；(b)弯折位置图2 非金属夹杂物形貌显微组织参照国标金属显微组织检验方法（GB/T 13298-2015）使用蔡司金相显微镜对基体与引脚折弯处组织进行观察，得到经硝酸冰醋酸水溶液侵蚀后的形貌如图3所示，经观察基体组织为细小孪晶相和其他杂质相，并依据金属平均晶粒度测定方法（GB/T 6394-2017）对试样晶粒度进行评级，其平均某铀矿山退役治理尾渣库覆土实验赵晗1 许俊2（1.北京通农检测技术有限公司 北京 1000002.核工业北京化工冶金研究院 北京 100000）摘要：某即将退役铀矿尾渣库面积约14000m2。据监测、取样分析，尾渣库（020cm）天然铀含量在（10.571.2）mg/kg范围内，平均值为49.8mg/kg；镭-226含量在（9845027）Bq/kg范围内，平均值为4014Bq/kg。表面氡析出率范围为（3.5524.889）Bq/（m2s），平均氡析出率为3.79Bq/（m2s）辐射剂量率范围为（12472143）nGy/h。为了给铀矿退役治理工程项目尾渣库退役处置提供基础资料，在尾渣库上进行了现场覆土实验。通过在实验场地覆盖不同厚度的土壤，监测辐射剂量率与表面氡析出率在不同土壤覆盖下的变化趋势，从而核算出尾渣库达标退役需要的覆土厚度。关键词：铀矿山；退役治理；覆土实验；辐射剂量率中图分类号：TQ423.2 文献标识码：A Experiment on soil covering of tailings reservoir after decommissioning of a uranium mineZhao han 1,Xu Jun 2(1.Beijing tongnong detection technology co.,ltd Beijing,1000002.Beijing Institute of Chemical Metallurgy of Nuclear Industry,Beijing,100000）Abstract：The tailings storage area of a decommissioned uranium mine is about 14000m2.According to monitoring,sampling and analysis,the natural uranium content in the tailings reservoir(0-20 cm)is in the range of(10.5-71.2)mg/kg,with an average of 49.8 mg/kg;The content of radium-226 is in the range of(984-5027)bq/kg,with an average of 4014 Bq/kg.The surface radon exhalation rate ranges from(3.552-4.889)bq/(m2 s),the average radon exhalation rate is 3.79 bq/(m2 s)radiation dose rate ranges from(1247-2143)ngy/h.In order to provide basic data for the dec