【失效分析】铝合金外壳开裂不良分析

09月,04,2024 | 浏览次数：4720

       01.测试背景

       外壳材质为6系铝合金，加工工艺为：铝挤→CNC→注塑→CNC→喷砂→阳极。（下图展示为外壳内腔）

         02.实验方案

分析流程	测试项目	测试设备
表面观察	宏观形貌观察	3D显微镜
	微观形貌观察及成分分析	扫描电子显微镜（SEM）+EDS（能谱仪）
切片观察	截面切片观察	金相显微镜
	截面成分分析	扫描电子显微镜（SEM）+EDS（能谱仪）
材质分析	化学成分测试	火花原子光谱仪
硬度分析	硬度测试	维氏硬度计
结论与建议	结果分析	/

       03.方案详解

图2-外壳开裂位置宏观形貌图

       3.2微观形貌观察及成分分析

       1.裂纹附近阳极膜完整，其形貌正常，无明显受力破损痕迹；

       2.裂纹处及其附近正常区域均为阳极膜成分，推测裂纹中可能存在阳极膜；

       3.区域3开裂处存在异物，EDS测试结果表明其主要含C、O元素，推测该异物可能为塑胶。

图3-开裂外壳微观形貌图

表1-开裂外壳表面成分结果（wt%）

Spectrum		C	O	Al	S	Ni	Total
区域1	1	/	52.61	42.25	5.14	/	100
	2	/	54.85	40.70	4.45	/	100
区域2	3	/	46.68	45.18	5.24	2.90	100
	4	/	52.35	42.32	5.34	/	100
区域3	5	64.89	34.17	0.93	/	/	100
	6	63.19	34.34	1.47	0.99	/	100
区域4	7	/	49.27	45.46	5.27	/	100
	8	/	50.83	42.67	4.78	1.71	100

      3.3截面切片观察

      1.塑料条底部基材厚薄不均，裂缝处基材厚度最薄，仅为278μm；
      2.开裂处裂缝贯穿整个铝合金基体，裂缝由外测向内腔间隙逐渐变小，最宽处约66μm；
      3.裂缝内部基材呈锯齿状，且锯齿具有统一的方向，呈典型的受力开裂特征；

      3.4截面成分分析

      1.外壳裂缝中基材表面可检测到阳极膜成分，且存在较完整的阳极膜结构，说明裂缝在阳极制程之前已存在；
      2.裂缝中靠近塑胶位置异物成分与塑胶成分一致，说明注塑成型时该裂缝已存在。

图5-外壳裂纹处截面形貌图

表2-截面EDS成分测试结果（wt%）

Spectrum	C	O	Al	si	S	Ca	Total
1	/	55.55	40.61	/	3.83	/	100
2	/	52.43	42.60	/	4.97	/	100
3	/	53.42	42.29	/	4.29	/	100
4	/	/	100.00	/	/	/	100
5	68.02	31.98	/	/	/	/	100
6	/	8.19	91.81	/	/	/	/
7	64.57	35.43	/	/	/	/	100
8	/	50.17	7.66	26.07	/	16.10	100

       3.5 化学成分测试

       开裂外壳铝合金基材化学成分符合客户要求。

表3-开裂外壳铝合金基材成分结果表（Unit：wt%）

样品	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Al
开裂外壳	0.73	0.15	0.015	0.020	0.76	98.3
客户要求	0.72-0.78	0.14-0.20	0.010-0.020	0.015-0.025	0.72-0.78	余量

       3.6 硬度测试

       开裂外壳裂缝附近硬度与其他位置硬度无明显差异，均符合客户要求。

表4-硬度测试结果

测试区域	材质维氏硬度（HV0.3）
	测试点1	测试点2	测试点3	平均值
裂缝附件	116	119	119	118
远离裂缝	118	117	117	117
客户要求	大于100HV

       04.分析讨论

       2.外壳裂缝由外侧塑胶底部向内腔基材表面扩展，缝隙逐渐变小；

       4.外壳样品化学成分及开裂位置硬度均无明显异常，符合客户要求。

       05.结论与建议

       建议：建议加强CNC及注塑制程品质管控，改善生产加工工艺，减少裂纹缺陷的产生。

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