摘 要:骨傳導(dǎo)藍(lán)牙耳機(jī)鎳鈦合金后掛在組裝后出現(xiàn)發(fā)軟現(xiàn)象,并在疲勞試驗(yàn)時(shí)發(fā)生早期斷裂。 采用宏觀觀察、化學(xué)成分分析、拉伸試驗(yàn)、金相檢驗(yàn)、斷口分析及能譜分析等方法,對(duì)該耳機(jī)后掛斷 裂的原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:耳機(jī)鎳鈦合金后掛的原材料在軋制過(guò)程中形成折疊缺陷,在隨后 的拉拔過(guò)程中折疊缺陷不斷向材料內(nèi)部延伸擴(kuò)展,形成縱向裂紋,使材料承受外力的能力降低,導(dǎo) 致耳機(jī)后掛在使用時(shí)出現(xiàn)發(fā)軟現(xiàn)象,并在疲勞試驗(yàn)時(shí)發(fā)生早期斷裂。

關(guān)鍵詞:骨傳導(dǎo)藍(lán)牙耳機(jī);鎳鈦合金;早期斷裂;折疊缺陷 

中圖分類(lèi)號(hào):TG146.1                                 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B                                     文章編號(hào):1001-4012(2022)03-0033-04 

隨著人們健身意識(shí)的提高,一種適用于路跑、越 野、滑板等運(yùn)動(dòng)的骨傳導(dǎo)藍(lán)牙耳機(jī)獲得了越來(lái)越多 的關(guān)注及推廣應(yīng)用。

骨傳導(dǎo)藍(lán)牙耳機(jī)采用人體學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì),采用一 根鎳鈦合金絲制造耳機(jī)后掛打造平衡機(jī)身,穩(wěn)固不 易掉落。用于制作耳機(jī)后掛的鎳鈦合金,具有優(yōu)良 的耐蝕性、高抗疲勞性、形狀記憶效應(yīng)和超彈性等特 點(diǎn),在通訊和聲學(xué)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。 

某骨傳導(dǎo)藍(lán)牙耳機(jī)后掛使用的鎳鈦合金絲的生 產(chǎn)工藝為熔煉→軋制(鍛造)→切削帽口→表面切削 →熱拉絲→冷拉絲,在耳機(jī)組裝后,后掛出現(xiàn)發(fā)軟現(xiàn) 象,并在疲勞試驗(yàn)時(shí)發(fā)生早期斷裂。

筆者通過(guò)一系列檢驗(yàn)與分析,對(duì)該耳機(jī)后掛發(fā) 軟及斷裂 原 因 進(jìn) 行 了 分 析,并 提 出 了 相 應(yīng) 的 改 進(jìn) 措施。 

1 理化檢驗(yàn) 

1.1 宏觀觀察 

該款耳機(jī)成品中有個(gè)別耳機(jī)后掛出現(xiàn)發(fā)軟現(xiàn) 象,發(fā)軟后掛的兩個(gè)耳機(jī)芯間距明顯大于正常后掛 的,見(jiàn)圖1。對(duì)發(fā)軟后掛的耳機(jī)進(jìn)行疲勞試驗(yàn),在第 6920次疲勞循環(huán)時(shí)發(fā)生早期斷裂,不符合企業(yè)提 供的技術(shù)要求(在第 10000次 疲勞 循 環(huán) 時(shí) 斷 裂)。 如圖2所示:斷裂發(fā)生在后掛中部;后掛內(nèi)部鎳鈦合 金絲上有1條裂紋,從側(cè)面可見(jiàn)裂紋沿縱向擴(kuò)展;鎳 鈦合金絲端面裂紋沿徑向擴(kuò)展,幾乎貫穿整個(gè)端面;斷口呈臺(tái)階狀,斷口平齊,未見(jiàn)明顯塑性變形,兩個(gè) 臺(tái)階斷口上均可見(jiàn)裂紋源,裂紋源分別位于絲材端 面裂紋開(kāi)口處和裂紋中部。 

1.2 化學(xué)成分分析 

對(duì)絲徑為1.15 mm 的后掛鎳鈦合金絲進(jìn)行化 學(xué)成分分析,結(jié)果見(jiàn)表1,可知其化學(xué)成分符合 GB 24627-2009 《醫(yī)療器械和外科植入物用鎳-鈦形狀 記憶合金加工材》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鎳鈦合金的技術(shù)要求。

1.3 拉伸試驗(yàn) 

對(duì)后 掛 鎳 鈦 合 金 絲 進(jìn) 行 拉 伸 試 驗(yàn),結(jié) 果 見(jiàn) 表2,其拉伸性能符合企業(yè)提供對(duì)鎳鈦合金的技術(shù) 要求。 

1.4 相變溫度檢測(cè) 

對(duì)后掛鎳鈦合金絲進(jìn)行相變溫度檢測(cè),結(jié)果為 -16 ℃,符合 GB24627-2009 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鎳鈦合金的 技術(shù)要求(不高于-10 ℃)。

1.5 斷口分析

在后掛鎳鈦合金絲斷口處截取試樣,用無(wú)水乙 醇經(jīng)超聲振蕩清洗后,利用日本電子JSM-6510型掃描電鏡(SEM)對(duì)斷口整體形貌、臺(tái)階斷口縱向開(kāi) 裂區(qū)域、裂紋源區(qū)側(cè)面進(jìn)行觀察。如圖3所示:斷口 可見(jiàn)局部機(jī)械損傷,兩個(gè)臺(tái)階斷口上的兩條裂紋源 呈人字紋走向,裂紋源區(qū) A1起始于鎳鈦合金絲端 面裂紋開(kāi)口處(機(jī)械損傷嚴(yán)重),裂紋源區(qū) A2起始 于鎳鈦合金絲端面裂紋中部;裂紋擴(kuò)展區(qū) B1和 B2 均可見(jiàn)疲勞輝紋,擴(kuò)展區(qū) B1的疲勞輝紋走向是從 材料表面裂紋開(kāi)口處向內(nèi)延伸擴(kuò)展,擴(kuò)展區(qū) B2的 疲勞輝紋走向是從材料內(nèi)部向外延伸擴(kuò)展;瞬斷區(qū) C1和 C2均可見(jiàn)扁平狀韌窩,呈典型的疲勞斷裂特 征形貌;從斷口裂紋源區(qū) A1側(cè)面觀察發(fā)現(xiàn),裂紋源 區(qū) A1分布著許多平行于斷面的微裂紋,為典型的 疲勞裂紋。如圖4所示,后掛鎳鈦合金絲端面裂紋 開(kāi)口處可分為4個(gè)區(qū)域,區(qū)域1~3為裂紋擴(kuò)展區(qū), 其表面覆蓋的氧化產(chǎn)物數(shù)量逐漸減少,區(qū)域4為最 后斷裂區(qū)。 

1.6 金相檢驗(yàn) 

對(duì)后掛鎳 鈦 合 金 絲 斷 口 橫 截 面 進(jìn) 行 磨 削,采 用蔡司 A1M 型光 學(xué) 顯 微 鏡 對(duì) 橫 截 面 裂 紋 進(jìn) 行 觀 察。如圖5所示,裂紋幾乎貫穿整個(gè)絲材橫截面, 裂紋開(kāi)口處 呈 一 定 角 度,且 以 鋸 齒 狀 向 基 體 內(nèi) 沿 晶擴(kuò)展。

1.7 能譜分析 

采用牛津INCAX-ACT250型能譜儀(EDS), 對(duì)后掛鎳鈦合金絲端面裂紋表面及臺(tái)階斷口區(qū)域進(jìn) 行微區(qū)半定量成分分析。

如圖6所示,后掛鎳鈦合金絲端面裂紋表面及 臺(tái)階斷口區(qū)域除含有鈦和鎳元素外,還含有碳、氧、 鋁、硅、鐵等元素,這些元素可能來(lái)源于鎳鈦合金絲 鍛 造過(guò)程中表面接觸或氧化的物質(zhì),端面裂紋開(kāi)口處從裂紋延伸區(qū)至斷裂區(qū)(區(qū)域1至區(qū)域4),其氧 含量逐漸減少。 

2 分析與討論

后掛鎳鈦合金絲的裂紋源分別位于絲材端面裂 紋開(kāi)口處和裂紋中部,裂紋擴(kuò)展區(qū)均可見(jiàn)明顯疲勞 輝紋,瞬斷區(qū)可見(jiàn)扁平韌窩,整體呈疲勞斷口的形貌 特征[1]。觀察端面裂紋開(kāi)口處側(cè)面發(fā)現(xiàn),存在許多 平行于斷面的微裂紋,為典型的疲勞裂紋[2],說(shuō)明后 掛鎳鈦合金絲屬于疲勞脆斷。

后掛鎳鈦合金絲端面裂紋開(kāi)口處呈一定角度, 且以鋸齒狀向內(nèi)延伸擴(kuò)展,裂紋開(kāi)口處有氧化產(chǎn)物, 具有折疊裂紋特征[3],這說(shuō)明鎳鈦合金絲在軋制過(guò) 程中形成折疊缺陷,折疊缺陷在隨后的拉拔過(guò)程中 不斷向材料內(nèi)部延伸擴(kuò)展,形成縱向裂紋,導(dǎo)致絲材 承載有效面積大大減小,降低了后掛承受外力的能 力,致使耳機(jī)后掛在使用時(shí)出現(xiàn)發(fā)軟現(xiàn)象,并在疲勞 試驗(yàn)時(shí)發(fā)生早期斷裂。 

3 結(jié)論及建議 

(1)耳機(jī)后掛鎳鈦合金絲原材料在軋制過(guò)程中 形成折疊缺陷,折疊缺陷在隨后的拉拔過(guò)程中不斷 向材料內(nèi)部延伸擴(kuò)展,形成縱向裂紋,導(dǎo)致絲材承載 有效面積大大減小,降低了后掛承受外力的能力,致 使耳機(jī)后掛在使用時(shí)出現(xiàn)發(fā)軟現(xiàn)象,并在疲勞試驗(yàn) 時(shí)發(fā)生早期斷裂。

(2)對(duì)于軋制后的鎳鈦方坯兩頭的開(kāi)裂部分, 由原來(lái)的修磨改為直接切除,鍛造后增加表面切削 量,對(duì)拋光后的鎳鈦合金絲產(chǎn)品進(jìn)行三維顯微鏡檢 測(cè),對(duì)裂紋段進(jìn)行剪切。

(3)實(shí)踐證明,通過(guò)實(shí)施以上措施,提高了鎳鈦 合金絲原材料的質(zhì)量,經(jīng)過(guò)約6個(gè)月的實(shí)際運(yùn)行,產(chǎn) 品未再出現(xiàn)原材料軋制缺陷引起的早期斷裂問(wèn)題。

參考文獻(xiàn): 

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<文章來(lái)源> 材料與測(cè)試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè) > 58卷 > 3期 (pp:33-36)>