多軸鑽床鑽軸 失效分析

leomet

材料:JIS SNCM 420    NiCrMo  
粒界氧化 好像沒在此發表過? 該熱處理廠的顧問看我的報告(如下), 認為我的研判不對, 偏坦送驗者. 他認為粒界氧化不會引發破裂. 是材料太薄+使用者操作不當 才造成破裂.
您認為誰說的較有理?

A ~ D 特寫照片
E, F : 錐孔開口最前端皮下30 μm有晶(粒)界氧化現象. 此為滲碳缺失. 這層很容易引發微裂
內孔表皮下的粒界氧化. (蝕後再輕拋所見)   平坦光亮處為回火M馬氏体(強度很高). 晶界黑線則為強度較低的微細珠光体, Fine Pearlite, F.P..   
晶界出現F.P. 主要原因是滲碳爐氣控制(或操作)不當, 讓滲碳件接觸到氧, 氧將晶界上的合金”吃掉”, 晶界上合金含量不足, 油淬時就產生不了淬火的目標組織---全馬氏体(fully Martensitic).

斜度孔開口最前端表面, 正面所見的晶(粒)界氧化現象.  
最前端表面是圓弧面. 所以經砂紙輕磨, 拋光, 浸蝕, 再輕輕拋光後, 顯現出不均勻的結果(中央磨掉最多, 晶界氧化層已磨掉). 但無礙於觀察.
1. 材料成份無誤: 材料夾雜物非常少, 清淨度良好.(見照片F,G)
2. 引發破裂的罪魁禍首是錐孔端面上的Fine Pearlite組織. 這是滲碳爐氣控制不良, 晶界被氧化, 失去合金所引起的缺失. 責任在滲碳熱處理廠商.

說明:
觀念A: 材料之破裂必經兩個階段: 1.微裂之形成; 2.微裂之蔓延, 終至破裂. 此兩個階段進行的難易度, 主宰任何機件的使用壽命.
觀念B: 一長串鉄鍊, 中間置入一鋁製環節, 取代其中一節鉄製環節. 此串”混合”鉄鍊受力時, 一定是鋁環節首先被拉開. 鉄環節 雖強度高 卻毫無用武之地.
此心軸端面有約30μm的晶界氧化層. 晶界上的F.P.(強度遠較Martensite低), 就是破裂起源的潛在位置. 也就是說, 破裂第一階段已經準備就緒. 使用中一旦受(拉)應力, 很容易就從此處產生微裂. 在很短的期間內, 就進行了破裂的第二階段.
鑽孔時, 錐度孔受上推力, 內錐面往外的分力, 會使孔端面受一沿著圓周方向的環向拉應力(hoop stress). 此環向應力 很輕易的就把端面的 M / F.P.界面扯開而生微裂. 然後漸往上蔓延.  端面的F.P., 就像上述觀念B裡所述鉄鍊中的鋁環節, 是害群之馬. 旁邊數量眾多, 且強度很高的 Martensite, 對此承受此拉應力一點都幫不上忙.

補救之道: (未出貨的庫存, 只要重工即可, 不必報廢).
既然知道引發破裂的是錐孔端面的晶界氧化層. 使用砂輪研磨或特殊車刀, 把這層晶界氧化層除去後, 心軸就可擁有其正常壽命.至於內部小孔內的晶界氧化層,其不良影響較小, 可暫不予理會. 但滲碳作業時最好是不要發生此缺失.

M: 表面微裂往內部蔓延的示意圖.

交流为主

经磨削过后还有这么深的氧化层呀？收藏了

leomet

照片F, G, 內孔, 未磨削. 車刀痕清晰可見.

做失效分析的同行们, 請說說您的意見.

MYG

回复 3# leomet


我认为先生的判断是对的。
如果是成熟的产品，就不存在“材料太薄”；一般在未发现缺陷时，可推测失效原因是“使用者操作不当”。

leomet

這零件是銷大陸, 失效(好几支)寄回台灣的.

據送驗者稱:此案兩年前 要找XX中心分析, 被婉言推掉.(註:檢驗者是我專校學弟,我85年赴美讀研時把他拉來接我的工作, 因 所受訓練有限, 沒把握的一概不接). 延宕兩年後, 趕貨壓力沒有了後, 為了結案. 經人介紹 找吳老師分析. 7月中旬我出了我的分析報告. (照片以下的文字敘述)

今(9-24-2010)熱處理廠的顧問來電指說吳老師判定不對, 應該是肉厚太薄+使用不當導致破裂. 他們要送有公信力的單位檢驗. 我建議以兩對照組做實驗: 一組磨去,一組保留粒界氧化層. 兩組接受摧殘試驗(abuse test), 或簡單的耐壓測試 比較兩者始裂負載值. 比較後就可印證破裂是否因此晶界氧化層引起.

該熱處理廠顧問說: 滲碳發生粒界氧化是常態. 說:粒界氧化層不會引起破裂.    我認為: 如果在該廠粒界氧化是常態, 應事先告知業者, 受最大應力的關鍵位置, 要以去除粒界氧化層. 如果是常態 也有輕重之別. 可能這次粒界氧化較嚴重才出事.

leomet

回复 4# MYG


    這是很成熟的產品, 也在同一家熱處理廠處理多年, 事後也繼續在該廠熱處理至今, 唯獨那一批出了問題.

lizh020092

从提供的资料，我个人认为失效的原因是：产品缺陷（30 μm晶界氧化)，在外力作用下失效（不排除使用不当）。
理由：1.表面氧化使表面产生拉应力，是裂纹的起源；2.宏观断口为非疲劳断口，呈解理形貌；
如果有更详细的资料和SEM图片，就可以更好分析失效的原因。

leomet

回复 7# lizh020092


    1.1.表面氧化使表面产生拉应力

描述不夠精確: 1. 沒表面氧化.
2. .表面氧化不會使表面产生拉应力.  鑽孔時反作用力作用在錐孔面, 其水平分力使錐孔最前端有擴張之傾向---(環向張力).

這批被退回的破裂件不少. 可以確定不是偶發事件(使用不當).

leomet

回复 8# leomet

這位先生, 辯說粒界氧化是常態, 而且也不會引發破裂. 但他只願在電話中批判我(分析)的不是.
邀請他上我的博客寫下他的看法, 他又不願意. 這可是展現他專業知識的好機會.