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【失效分析】銅端子PIN針斷裂失效分析
一、測試背景
客戶銅端子PIN針在使用1~2年后發生異常斷裂。客戶送檢異常斷裂PIN針和留樣正常PIN針進行比對分析測試，以期找出異常斷裂原因。 PIN針材質為鉛黃銅，原材經冷加工后退火處理。具體圖片如圖1所示。
二、測試方案
三、測試結果
3.1 宏觀形貌觀察：
3.2 微觀形貌觀察：
PIN 針斷面邊緣附近附著較多臟污，且斷面可觀察到明顯撕裂韌窩，整體呈韌性斷裂，具體形貌見圖3。
3.3 截面化學成分分析：
斷裂PIN針和正常PIN針基體主成分均為Cu、Zn及少量Pb元素，基體均勻分布的塊狀物主要成份為Pb相，整體化學成分無較大差異。具體成分測試位置見圖4，成分測試結果見表1、2。
3.4 拋光態形貌觀察：
斷裂PIN針和正常PIN針均可觀察到均勻分布的小塊狀Pb相，但斷裂PIN針Pb相較正常PIN針Pb相稍小。具體形貌見圖5。
3.5 腐蝕態形貌觀察
斷裂PIN針樣品基體中白色為孿晶α相，黑色小塊狀Pb相，整體金相存在較多變形位錯，邊緣區域位錯密度更高；正常PIN針樣品基體中白色為α相，黃色為β相，黑色小塊狀為Pb相，整體金相組織分布均勻。具體形貌見圖6。
3.6 硬度測試
從硬度測量結果可以看出，斷裂PIN針硬度遠大于正常PIN針。具體硬度測試結果見表3。
四、分析討論
1.宏觀形貌：PIN針斷面存在輕微變形，邊緣位置顏色發暗，附著較多臟污，芯部較為干凈，推斷斷裂起源于PIN針表面，在芯部最終斷裂；
2.微觀形貌：PIN針斷面邊緣位置附著較多臟污，整個斷面可觀察到明顯撕裂韌窩，整體呈韌性斷裂；
3.斷裂和正常PIN針基體主成分均為Cu、Zn及少量Pb元素，基體均勻分布Pb相的塊狀物，整體化學成分無較大差異；
4.斷裂PIN針樣品基體中白色為孿晶α相，黑色小塊狀Pb相，整體金相存在較多變形位錯，邊緣區域位錯密度更高；正常PIN針樣品基體中白色為α相，黃色為β相，黑色小塊狀為Pb相，整體金相組織分布均勻；
5.斷裂PIN針硬度遠大于正常PIN針。
五、結論
斷裂PIN針金相組織晶內存在大量變形位錯(滑移帶)且硬度較高，推測端子PIN針經冷加工后未進行退火處理或退火不徹底，導致基體中存在較大的殘余應力，在使用過程中受力易產生裂紋，進而發生斷裂。
六、改善建議
改善PIN針冷加工后熱處理工藝，降低PIN針內部殘余應力。
