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

關鍵詞:骨傳導藍牙耳機;鎳鈦合金;早期斷裂;折疊缺陷 

中圖分類號:TG146.1                                 文獻標志碼:B                                     文章編號:1001-4012(2022)03-0033-04 

隨著人們健身意識的提高,一種適用于路跑、越 野、滑板等運動的骨傳導藍牙耳機獲得了越來越多 的關注及推廣應用。

骨傳導藍牙耳機采用人體學創(chuàng)新設計,采用一 根鎳鈦合金絲制造耳機后掛打造平衡機身,穩(wěn)固不 易掉落。用于制作耳機后掛的鎳鈦合金,具有優(yōu)良 的耐蝕性、高抗疲勞性、形狀記憶效應和超彈性等特 點,在通訊和聲學等領域被廣泛應用。 

某骨傳導藍牙耳機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,在耳機組裝后,后掛出現(xiàn)發(fā)軟現(xiàn) 象,并在疲勞試驗時發(fā)生早期斷裂。

筆者通過一系列檢驗與分析,對該耳機后掛發(fā) 軟及斷裂 原 因 進 行 了 分 析,并 提 出 了 相 應 的 改 進 措施。 

1 理化檢驗 

1.1 宏觀觀察 

該款耳機成品中有個別耳機后掛出現(xiàn)發(fā)軟現(xiàn) 象,發(fā)軟后掛的兩個耳機芯間距明顯大于正常后掛 的,見圖1。對發(fā)軟后掛的耳機進行疲勞試驗,在第 6920次疲勞循環(huán)時發(fā)生早期斷裂,不符合企業(yè)提 供的技術要求(在第 10000次 疲勞 循 環(huán) 時 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,從側面可見裂紋沿縱向擴展;鎳 鈦合金絲端面裂紋沿徑向擴展,幾乎貫穿整個端面;斷口呈臺階狀,斷口平齊,未見明顯塑性變形,兩個 臺階斷口上均可見裂紋源,裂紋源分別位于絲材端 面裂紋開口處和裂紋中部。 

1.2 化學成分分析 

對絲徑為1.15 mm 的后掛鎳鈦合金絲進行化 學成分分析,結果見表1,可知其化學成分符合 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》標準對鎳鈦合金的技術要求。

1.3 拉伸試驗 

對后 掛 鎳 鈦 合 金 絲 進 行 拉 伸 試 驗,結 果 見 表2,其拉伸性能符合企業(yè)提供對鎳鈦合金的技術 要求。 

1.4 相變溫度檢測 

對后掛鎳鈦合金絲進行相變溫度檢測,結果為 -16 ℃,符合 GB24627-2009 標準對鎳鈦合金的 技術要求(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)對斷口整體形貌、臺階斷口縱向開 裂區(qū)域、裂紋源區(qū)側面進行觀察。如圖3所示:斷口 可見局部機械損傷,兩個臺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 面裂紋開口處(機械損傷嚴重),裂紋源區(qū) A2起始 于鎳鈦合金絲端面裂紋中部;裂紋擴展區(qū) B1和 B2 均可見疲勞輝紋,擴展區(qū) B1的疲勞輝紋走向是從 材料表面裂紋開口處向內(nèi)延伸擴展,擴展區(qū) B2的 疲勞輝紋走向是從材料內(nèi)部向外延伸擴展;瞬斷區(qū) C1和 C2均可見扁平狀韌窩,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 開口處可分為4個區(qū)域,區(qū)域1~3為裂紋擴展區(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 

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

1.7 能譜分析 

采用牛津INCAX-ACT250型能譜儀(EDS), 對后掛鎳鈦合金絲端面裂紋表面及臺階斷口區(qū)域進 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,這些元素可能來源于鎳鈦合金絲 鍛 造過程中表面接觸或氧化的物質(zhì),端面裂紋開口處從裂紋延伸區(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 紋開口處和裂紋中部,裂紋擴展區(qū)均可見明顯疲勞 輝紋,瞬斷區(qū)可見扁平韌窩,整體呈疲勞斷口的形貌 特征[1]。觀察端面裂紋開口處側面發(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口處呈一定角度, 且以鋸齒狀向內(nèi)延伸擴展,裂紋開口處有氧化產(chǎn)物, 具有折疊裂紋特征[3],這說明鎳鈦合金絲在軋制過 程中形成折疊缺陷,折疊缺陷在隨后的拉拔過程中 不斷向材料內(nèi)部延伸擴展,形成縱向裂紋,導致絲材 承載有效面積大大減小,降低了后掛承受外力的能 力,致使耳機后掛在使用時出現(xiàn)發(fā)軟現(xiàn)象,并在疲勞 試驗時發(fā)生早期斷裂。 

3 結論及建議 

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

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

(3)實踐證明,通過實施以上措施,提高了鎳鈦 合金絲原材料的質(zhì)量,經(jīng)過約6個月的實際運行,產(chǎn) 品未再出現(xiàn)原材料軋制缺陷引起的早期斷裂問題。

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