端子断裂失效分析

美信检测  失效分析实验室

1. 案例背景

失效样品为某汽车接地线束的固定端子，生产流程为：原料铜管→裁剪→冲压成型→表面镀锡→装配→振动试验（19万次）→断裂；其可靠性测试中6个成品经振动试验19万次后其中一个断裂，委托方要求分析该断裂失效端子的失效机理，并给出改进建议。

2. 分析方法简述

外观检查中可观察到失效样品断裂的2部分能无缝对接，断裂位置在冲压形成的台阶折线处。 

将失效样品断口用超声波清洗干净，然后在SEM下放大观察断口形貌，高倍下发现断口存在明显的疲劳条带；低倍下观察到断口两侧低中间高，为两侧先开裂再向中间扩展形成的中间凸起断口形貌，结合据委托方提供的样品振动19万次后断裂信息，判断样品为双向高周疲劳断裂模式。

失效样品先去镀层，再进行化学成分分析，结果表明失效样品材质为纯铜，材料不存在异常。

失效样品和正常样品分别镶样，进行金相分析，失效样品腐蚀前金相观察未发现明显缺陷，腐蚀后可观察到大变形区域的纤维状α相，小变形量区域为α相组织，伴有较多孪晶；正常样品腐蚀前金相观察发现样品表面的折弯处存在微裂纹，裂纹填充满锡，推断裂纹为冷加工成型造成的，腐蚀后可观察到金相组织为α相组织，伴有较多孪晶。

3. 分析与讨论

从断口分析可知，样品断口形貌主要为高周期疲劳断裂特征，根据客户提供的震动试验资料，样品试验过程是振幅为12mm左右的周期振动，19万次后断裂，符合低应力高疲劳周期的双向高周疲劳断裂特征，两侧裂纹无锡填充，说明为镀锡后开裂，为冷机加工造成应力折叠形成的开裂。

从化学成分可知失效样品的铜含量在99.99%，材质为纯铜，材料不存在异常。

从金相图片可知，失效样品与正常样品的金相组织都为α相组织，伴有较多孪晶，为冷机加工残留内应力较大的特征；正常样品可观察到填充锡的微裂纹，为冷机加工缺陷，这些表面微裂纹可能会成为开裂源。

4. 结论

样品失效的主要原因为冲压成型形成的台阶折弯处变形量大，伴有大量残余应力，在交替循环弯曲应力作用下成为开裂源继而断裂，为双向高周疲劳断裂模式；高周疲劳断裂一般为偶然现象，不会存在大批量问题。

建议：添加退火热处理工艺，消除冷机加工内应力。

5. 参考标准

GB/T 1814-1979 钢材断口检验法。

JY/T 010-1996 分析型扫描电子显微镜方法通则。

GB/T 13298-1991 金属显微组织检验方法。

GB/T 20123-2006 钢铁 总碳硫含量的测定 高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)。

GB/T 5121.27-2008 铜及铜合金化学分析方法 第27部分 电感耦合等离子体原子发射光谱法。

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