材料失效分析测试背景
某冲压厂生产之电脑顶盖系镀锌钢板冲压、铆合、组装、烤漆而成，组装段锁螺丝时，铆合在顶盖上的螺柱易发生断裂，不良率约4%。参图1，不良品只能报废，严重利扰生产现场。
图1顶盖铆柱实物图
1、试验方案
分析流程
2、数据分析
2.1 | 断口形貌及成分分析
断口形貌及成分分析
图2螺柱断口形貌图
表1EDS成分分析Unite:wt%
螺柱断面为撕裂状形貌，未发现氢脆特征；
与位置2相比，位置1、3表面覆有大量颗粒状物质，经EDS鉴定为Zn；
正常螺柱扭转断裂断口形貌应与位置2相似，断口成分应不含Zn。
断口表面Zn的可能来源有：
1）电镀Zn前螺柱表面存在孔洞缺陷，造成镀锌时，Zn渗透至螺柱内部。
2）螺柱扭断后，外来Zn污染。
2.2 |螺柱表面形貌和成分分析
图3螺柱表面形貌 表2EDS成分分析结果Unite:wt%
螺柱的表面存在很多孔洞，其形貌与成分和断面位置1、3相似；
螺柱常规制程：六角型材>>切削>>钻孔>>攻丝>>电镀(脱脂>>水洗>>酸洗>>水洗>>电镀锌>>烘干>>除氢）>>打包出货
由此怀疑断面位置1、3检测到Zn元素可能是由于镀Zn前螺柱表面存在大量孔洞导致电镀时Zn渗入螺柱内部。
2.3| 切片分析
对铆合后锁螺丝断裂螺柱做纵截面切片分析，结果见图4:
图4 断裂螺柱纵截面切片形貌
在螺柱边缘发现很多黑色的类似“孔洞”状物质在材料内部，其深度约60~70μm。
对未铆合之螺柱做切片分析，结果见图5:
图5 未铆合螺柱切片形貌
在未铆合螺柱边缘亦有很多黑色的类似“孔洞”状物质，深度约90μm；依成分结果可知其为孔洞；在位置3、4为裂缝形貌，内部含大量Zn，且有S, Cl等腐蚀性元素。
表3EDS成分分析结果Unit:wt%
由此上述现象可推断：
孔洞的产生应该是被含有S, Cl等腐蚀性元素的腐蚀液腐蚀所致，裂缝在镀Zn之前就已存在，部分孔洞在镀锌时被渗入的Zn填满。
对嫌疑不良品(铆合但未锁螺丝的螺柱）切片分析，结果见图6
图6 嫌疑螺柱切片形貌
在已铆合但未锁螺丝的螺柱边缘也有此类腐蚀孔洞，存在很大的断裂风险； 腐蚀孔洞在有凹槽的地方特别严重，由此猜测在凹槽部位，腐蚀液残留较多，导致腐蚀严重。
2.4 |螺柱性能分析
图7扭矩分析
图8金相分析
螺柱良品与不良品硬度无明显差别，说明螺柱生产所用之六角型材质量并无明显异常；
嫌疑不良品的扭矩波动很大，振幅达16kgf．cm。
螺柱芯部金相组织正常，为铁素体+硫化物,表面靠近凹槽区域存在大量黑色腐蚀孔洞，应是导致螺柱扭矩不足，发生异常断裂之主要原因。
3、分析讨论
3.1、螺柱断口上下边缘被镀上Zn，其形貌成分与螺柱表面相似，断口表面未发现氢脆特征，说明断裂与氢脆无关；
3.2、切片发现螺柱表面存在腐蚀性孔洞，凹槽区域尤其严重，深度达90μm；
3.3、腐蚀孔洞内检测到Zn，说明腐蚀孔洞产生在电镀锌之前；此外还检测到S、Cl等腐蚀元素，推测孔洞应是电镀制程酸洗工段残留酸液引起螺柱表面过腐蚀所致；
3.4、螺柱的硬度，芯部组织正常，说明螺柱生产所用之六角型材质量正常，不是导致螺柱断裂的主要原因；
3.5、嫌疑不良品扭矩波动很大达16kgf．cm，腐蚀越深扭矩越小，腐蚀孔洞的存在降低了螺柱的力学性能，且会产生应力集中，是导致螺柱力学性能降低，锁螺丝时发生断裂的主要原因。
4、结论
不良现象：压铆螺柱在锁螺丝过程中发生异常断裂。
失效原因：螺柱电镀制程之酸洗工段大量酸洗液未被后续水洗工段清洗干净，酸液残留在螺柱凹槽区域，造成该区域在电镀Zn前被过腐蚀，导致螺柱力学性能下降。当腐蚀过深时易在后续锁螺丝制程引起螺柱异常断裂。
责任判定：此不良责任在于螺柱电镀前处理不当。
改善措施：追查电镀制程，确保后续供货质量，组装现场做好进料品质管控。
