印制板及其组件(PCB&PCBA)是电子产品的核心部件,PCB&PCBA的可靠性直接决定了电子产品的可靠性。为了保证和提高电子产品的质量和可靠性,对失效进行全面的理化分析,确认失效的内在机理,从而有针对性地提出改善措施。
电子元器件失效分析的目的是借助各种测试分析技术和分析程序确认电子元器件的失效现象,分辨其失效模式和失效机理,确认最终的失效原因,提出改进设计和制造工艺的建议,防止失效的重复出现,提高元器件可靠性。
集成电路复杂度与性能要求的持续攀升,叠加设计、制造、封装及应用环节的潜在风险,导致短路、开路、漏电、烧毁、参数漂移等关键失效模式频发。这不仅造成昂贵的器件报废与系统宕机,更常引发设计方、代工厂、封测厂与终端用户间的责任争议,带来重大经济损失与信誉风险。
高分子材料性能要求持续提升,而客户对高要求产品及工艺的理解差异,导致断裂、开裂、腐蚀、变色等典型失效频发,常引发供应商与用户间的责任纠纷及重大经济损失。
金属构件服役环境日益苛刻,对材料性能和结构可靠性提出更高要求。然而,设计缺陷、材料瑕疵、制造偏差或不当使用等因素,极易引发疲劳断裂、应力腐蚀开裂、氢脆、蠕变、磨损、过载变形等典型失效。
没有找到您想要的?
立即咨询专业工程师为您服务
没有找到您想要的?
立即咨询专业工程师为您服务
美信检测以海量失效数据库构建技术优势,全谱系案例、复杂场景方案、头部企业合作及体系化知识产权,各展其能。凭借百万级失效解析积累,精准洞察本质,让检测报告为客户质量升级提供有力支撑,实现失效归零。
没有找到您想要的?
立即咨询专业工程师为您服务
实时更新美信检测最新资讯,包括技术、展会、活动等动态。我们以专业检测为基石,为客户定制解决方案,从源头把控质量,助力客户在市场竞争中脱颖而出,实现商业成功。
没有找到您想要的?
立即咨询专业工程师为您服务
美信检测是一家具有国家认可资质的商业第三方实验室,我们专注于为客户提供检测服务、技术咨询服务和解决方案服务,服务行业涉及电子制造、汽车电子、半导体、航空航天材料、AI算力服务器液冷等领域,在深圳、苏州、西安、北京和上海均建有实验基地,设立了多学科检测和分析实验室。
没有找到您想要的?
立即咨询专业工程师为您服务
专业检测网站,数据精准洞察,为投资者筑牢信任基石
没有找到您想要的?
立即咨询专业工程师为您服务

波簧断裂位置惊人一致,拆开电镜一看,层状断口里全是“料”!

发布时间: 2026-07-13 00:00
分享至:

在电机轴承系统中,波簧(波形弹簧)的作用是给轴承施加轴向预紧力,让轴承运转更平稳。

某批次65Mn波簧用了一段时间后,出现了批量断裂。失效件有个明显的共同点:断裂位置高度一致,全部集中在与轴承接触的磨损区域。从受力来看,波簧受压时,接触面承受压应力,背面(非接触面)则承受拉应力——而裂纹恰恰是从受拉应力的背面开始萌生的,这是典型的疲劳断裂特征。对比之下,OK试样表面完好无损,可以弯折近180°才断裂,韧性十足;而失效件不仅脆得多,有的甚至轻轻一掰就断,两者差距一目了然。


1.断口分析

为明确断裂机制,将断口经超声波酒精清洗后进行扫描电镜(SEM)微观形貌观察,重点分析裂纹起源区、扩展区及终断区特征,并对NG-5#人为断口及OK-1#人为断口进行对比观察。

NG-5#断口:

  • 裂纹起源区: 位于波簧非接触面(受拉应力面),断面平坦,呈解理形貌,无明显塑性变形,属脆性断裂特征。

NG-5#断口微观形貌SEM图

NG-5#断口微观形貌SEM图

  • 裂纹扩展区: 呈现纵深层状结构,局部可见沿晶断裂、韧窝及两者混合形貌,部分区域呈韧脆交替现象;层状结构中存在微观颗粒及气孔。

NG-5#断口微观形貌SEM图

NG-5#断口微观形貌SEM图

  • 终断区: 呈典型韧窝形貌,为材料最终断裂时微区塑性变形痕迹。

NG-5#断口微观形貌SEM图

NG-5#断口微观形貌SEM图

NG-5#人为断口:

  • 靠近表面区域为掰断前已存在的原始裂纹,呈解理形貌;

NG-5#人为断口微观形貌SEM图

NG-5#人为断口微观形貌SEM图

  • 人为掰断终断区占断面大部分区域,呈韧窝形貌;

NG-5#人为断口微观形貌SEM图

NG-5#人为断口微观形貌SEM图

  • 层状结构呈倾斜状分布于断面中,与轧制方向存在夹角。

OK-1#人为断口:

  • 以韧窝形貌为主,层状结构仅少量分布,与NG试样差异显著。

OK-1#人为断口微观形貌SEM图

OK-1#人为断口微观形貌SEM图

NG样品断口的层状结构是核心特征,该结构源于材料内部非金属夹杂物在轧制过程中被延展成条带状,形成与轧制方向平行的弱面;受力时裂纹优先沿这些弱面扩展,从而形成层状断口。

OK试样层状结构极少,进一步印证NG试样材料内部存在严重的冶金质量问题。

2.表面分析

采用扫描电镜对NG-5#、NG-2#及OK-1#表面微观形貌进行观察,重点分析氧化处理孔洞及二次裂纹分布特征。

NG-5#及NG-2#:

  • 波峰接触面及波峰之间非接触面均存在大量孔洞,为氧化处理所致;

NG样品表面裂纹微观形貌SEM图

NG样品表面裂纹微观形貌SEM图

  • 与OK样品相比,NG样品表面孔洞更密集、更粗糙,属氧化处理过度;

  • 主裂纹附近存在大量二次裂纹,且二次裂纹优先从表面孔洞处萌生。

OK-1#:

  • 表面无明显密集孔洞。

OK-1#表面微观形貌SEM图

OK-1#表面微观形貌SEM图

NG试样表面氧化处理过度导致孔洞缺陷密集,这些孔洞成为二次裂纹的优先萌生源,加速了疲劳裂纹的扩展。表面质量缺陷是波簧断裂的次要原因。


3.金相分析

对NG-1#、NG-2#、NG-4#、NG-8#及OK-1#进行金相制样,观察基体组织、非金属夹杂物及脱碳层;采用能谱分析(EDS)对夹杂物进行成分鉴定;按GB/T 10561-2005进行夹杂物评级;按GB/T 1222-2016对脱碳层进行测量与硬度测试。

基体组织:

  • NG样品与OK样品基体组织均为回火屈氏体,二者无明显区别。

非金属夹杂物:

  • NG-2#:横截面存在大量颗粒状夹杂物及超长条状夹杂物,EDS判定为熔炼渣及硅酸盐夹杂;

NG-2#金相微观图

NG-2#能谱分析

NG-2#金相微观图与能谱分析

  • NG-8#:存在超长硅酸盐条状夹杂;

NG-8#金相微观图与能谱分析

NG-8#金相微观图与能谱分析

  • NG-4#:可见大量硫化物及氧化物夹杂;

NG-4#金相微观图与能谱分析

NG-4#金相微观图与能谱分析

  • OK-1#(对照): 横截面夹杂物极少,表面无明显脱碳层;

OK-1#金相微观图

OK-1#金相微观图

  • 夹杂物评级(GB/T 10561-2005):

样品

A类(粗/细)

B类(粗/细)

C类(粗/细)

D类(粗/细)

DS类

NG

—/1.0

—/1.0

—/3.0

—/3.0

1.5

OK

—/—

—/—

—/—

—/—

—

要求(≤)

1.5/2.0

1.5/2.0

1.0/1.5

1.0/1.5

2.0

  • NG试样C类(硅酸盐)细系3.0级、D类(球状氧化物)细系3.0级,均超标1倍。

脱碳层(NG-4#):

  • 表面存在明显脱碳层,部分区域厚度达70μm;

  • 按GB/T 1222-2016,非硅弹簧钢脱碳层应≤公称尺寸1.8%(约10μm),超标7倍;

  • 脱碳层硬度均值245.5 HV0.025,远低于基体硬度约465 HV0.3。

NG样品非金属夹杂物含量严重超标,冶金质量较差,是波簧批量断裂的主要原因。NG-4#表面脱碳层严重超标且硬度大幅下降,抗疲劳性能严重恶化,且脱碳特征属制造过程热处理问题。


4.成分与硬度

对NG-3#及OK-1#进行化学成分分析(ICP-OES)及截面硬度测试(HV0.3)。

化学成分:

  • NG-3#及OK-1#各元素均符合GB/T 1222-2016中65Mn要求;

  • 但NG-3#磷(P)含量为0.021%,虽满足≤0.030%标准,却远高于OK-1#的<0.005%。

图片

NG-3#及OK-1#化学成分结果

硬度:

  • NG-4#横截面均值465.3 HV0.3,OK-1#横截面均值440.1 HV0.3,二者无明显差异,均符合45~52 HRC要求。

图片

试样截面硬度测试结果

材料牌号及基体硬度合格,但失效样磷含量偏高,属潜在隐患信号(磷易在晶界聚集,恶化晶界强度)。本次失效的主因并非成分或硬度问题,而是冶金质量(夹杂物)及热处理工艺(脱碳)失控。


失效分析:

  • 波簧断裂为产品质量问题,与使用关系不大。

  • 波簧中非金属夹杂物含量较多,级别高,材料冶金质量较差,是波簧批量断裂的主要原因。

  • 部分波簧表面脱碳,表面较粗糙,是波簧断裂的次要原因。

相关案例
锌铝合金时效后硬度不升反降?固溶缺失与过时效分析
锌铝合金手机盖未经固溶处理,在120~220℃时效12h后硬度从147 HV降至89 HV。通过硬度、成分、金相、SEM/EDS及热处理验证,判定失效根因为缺少固溶预处理与时效参数过大,峰值工艺为固溶后100℃×50min。
出口加州必看:一文读懂加州65法规,避开高额诉讼陷阱
加州65法规(Proposition 65)为加州州级法案,不受产品品类限制,覆盖完整供应链。管控物质清单由 OEHHA 维护,收录超 960 种致癌或生殖毒性化学物质,但仅约 300 种有官方安全港暴露阈值。豁免分主体豁免与场景豁免两类,均不等于产品全面免责。企业应对有两条路径:依托检测数据完成暴露评估,或合规张贴警示标签。
刹车踏板支架断裂冲上热搜:一块塑料件断裂,远不止“材料不行”
某品牌新车连续紧急制动测试中,制动踏板支架出现断裂,三台车断裂位置与断口形态高度相似。从失效分析视角看,塑料件断裂远不止“材料不行”可以概括——脆性、韧性、疲劳、熔接痕、应力开裂、蠕变六种模式机理各异,需从断口形貌、成分、热学性能、分子量与应力几个维度交叉印证,才能定位到设计、工艺、材料或装配的具体环节。
只差约3℃!这例铝合金主缸体开裂,把热处理窗口的“残酷”讲透了
某铝合金主缸体在产线外观检验时发现开裂,部分产品还出现密封检测漏气。开裂位置位于缸体前端尺寸过渡的倒角区域,这里是壁厚变化部位,也是浇铸、固溶处理和机加工过程中容易产生应力集中的位置。
ACF 胶起泡,不等于 ACF 胶有问题!
ACF 胶里分散着大量导电粒子,每个粒子外层都包着绝缘层。只有在外力作用下被压破,里面的导电层同时接触到金手指和玻璃面,导通才算建立;一旦压合不到位、胶层里裹进气泡,粒子就压不破,连接也就不成立了。
换PCB就好,换锡膏也好了?SMT“葡萄球”真凶藏在你没查的PCB里
某SMT产线在对喷锡板进行回流焊接后,部分焊点出现明显的“葡萄球”现象,焊点周围还伴随少量零散锡珠。现场初步排查时出现了一个很有迷惑性的现象:更换其他厂家生产的PCB后,失效消失;而继续使用原PCB时,更换其他型号锡膏,或者调整炉温曲线,也能够解决问题。
在线客服
业务咨询
免费咨询
报告查询
回到顶部
联系我们
  • *姓名:
  • *联系电话:
  • *邮箱:
  • *公司/单位/学校:
  • *所在地区:
  • *留言信息: