Page 46 - 理化检验-物理分册2022年第三期

郭 青, 等: 骨传导蓝牙耳机镍钛合金后挂早期断裂原因

1 理化检验

1.1 宏观观察
该款耳机成品中有个别耳机后挂出现发 软现
象, 发软后挂的两个耳机芯间距明显大于正常后挂
的, 见图 1 。对发软后挂的耳机进行疲劳试验, 在第

6920 次疲劳循环时发生早期断裂, 不符合 企业提

供的技术 要 求 ( 在 第 10000 次 疲 劳 循 环 时 断 裂)。
如图 2 所示: 断裂发生在后挂中部; 后挂内部镍钛合
金丝上有 1 条裂纹, 从侧面可见裂纹沿纵向扩展; 镍
钛合金丝端面裂纹沿径向扩展, 几乎贯穿整个端面;

图 2 后挂镍钛合金丝断裂位置、 纵向裂纹和端面裂纹
不同位置断口处的宏观形貌
断口呈台阶状, 断口平齐, 未见明显塑性变形, 两个
台阶断口上均可见裂纹源, 裂纹源分别位于丝材端
面裂纹开口处和裂纹中部。
1.2 化学成分分析

对丝径为 1.15 mm 的后挂镍钛合金丝进行化

学成分分析, 结果见表 1 , 可知其化学成分符合 GB
24627-2009 《 医疗器械和外科植入物用镍 - 钛形状

图 1 发软与正常后挂的耳机芯间距的宏观形貌对比
记忆合金加工材》 标准对镍钛合金的技术要求。
表 1 镍钛合金丝后挂的化学成分
质量分数 / %
项目

Ni C Co Cu Cr H Fe Nb N O Ti
实测值 56.62 0.004 0.01 <0.010 <0.010 0.00013 <0.010 <0.010 0.001 0.03 余量

技术要求 54.5~57.0 ≤0.040 ≤0.050 ≤0.010 ≤0.010 ≤0.005 ≤0.050 ≤0.025 ≤0.005 ≤0.040 余量

1.3 拉伸试验 扫描电镜( SEM ) 对断口整体形貌、 台阶断口纵向开
对后 挂 镍 钛 合 金 丝 进 行 拉 伸 试 验, 结 果 见 裂区域、 裂纹源区侧面进行观察。如图 3 所示: 断口
表 2 , 其拉伸性能符合企业提供对镍钛合金的技术 可见局部机械损伤, 两个台阶断口上的两条裂纹源

要求。 呈人字纹走向, 裂纹源区 A1 起始于镍钛合金丝端
表 2 后挂镍钛合金丝的拉伸性能 面裂纹开口处( 机械损伤严重), 裂纹源区 A2 起始

项目 屈服强度 / MPa 抗拉强度 / MPa 断后伸长率 / % 于镍钛合金丝端面裂纹中部; 裂纹扩展区 B1 和 B2
均可见疲劳辉纹, 扩展区 B1 的疲劳辉纹走向是从
实测值 597 1282 12
技术要求 ≥500 ≥1000 ≥10 材料表面裂纹开口处向内延伸扩展, 扩展区 B2 的

疲劳辉纹走向是从材料内部向外延伸扩展; 瞬断区
1.4 相变温度检测 C1 和 C2 均可见扁平状韧窝, 呈典型的疲劳断裂特
对后挂镍钛合金丝进行相变温度检测, 结果为 征形貌; 从断口裂纹源区 A1 侧面观察发现, 裂纹源

-16 ℃ , 符合 GB24627-2009 标准对镍钛合金的 区 A1 分布着许多平行于断面的微裂纹, 为典型的

技术要求( 不高于 -10 ℃ )。 疲劳裂纹。如图 4 所示, 后挂镍钛合金丝端面裂纹
1.5 断口分析 开口处可分为 4 个区域, 区域 1~3 为裂纹扩展区,
在后挂镍钛合金丝断口处截取试样, 用无水乙 其表面覆盖的氧化产物数量逐渐减少, 区域 4 为最
醇经超声振荡清洗后, 利用日本电子 JSM-6510 型 后断裂区。
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