弹簧断裂分析

盘簧断裂 第七组,盘簧使用情境,用作汽车柴油机配件，主要受交变拉应力。,盘簧原理说明,弹簧圈相互接触的地方可能存在摩擦。,B48弹簧信息收集,60Si2Mn弹簧钢是应用广泛的硅锰弹簧钢，适于铁道车辆、汽车拖拉机工业上制作承受较大负荷的扁形弹簧或线径在30mm以下的螺旋弹簧、也适于制作工作温度在250 以下非腐蚀介质中的耐热弹簧以及承受交变负荷及在高应力下工作的大型重要卷制弹簧以及汽车减震系统等。 工艺路线：60Si2Mn材料的扁钢退火(硬度HRC22-23)校直下料冷饶弹簧淬火处理(盐炉加热温度880 15min) 油冷回火(网带炉4901h)电泳漆处理 盘簧成型后进行检测：硬度要求HRC40-45， 扭距要求37-41Nm(牛米)。 用户反应，盘簧出厂后使用过程中出现断裂现象。据技术人员介绍，断裂的比例约百分之二，一般是在使用1-2年后出现断裂。选两件断裂的弹簧，分析断裂原因。,试验方法,弹簧编#为1#与2#，对断裂弹簧的整体状况与宏观断口进行观察，根据断口宏观形貌粗略估算弹簧工作状态下的应力值。 从断口附近用线切割方法截取样品，采用金相显微镜观察金相组织；用扫描电镜观察断口并进一步观察微观组织。 猜想断裂原因：零件结构不合理、表面状态缺陷、组织不均匀（夹杂、疏松）、工作应力过大、装配不合理、使用环境。,一.宏观断口与断裂位置观察,#1形状与断裂位置,2#断裂形貌与位置,2#断裂形貌,发生摩擦的形貌照片,分析结果1,断裂位置基本一致 断口均为典型的疲劳断口，表明两种都是疲劳断裂 疲劳源位于弹簧盘外侧，且疲劳源处有摩擦痕迹 初步推断：低应力疲劳断裂，材料表面受到摩擦力影响。,二、扫描电镜断口观察结果与分析,1#试样扫描断口形貌,2#试样裂纹源断口形貌,分析结果2,两样品断口形貌相似（疲劳断裂形貌） 疲劳源处无夹杂物，非原材料内部夹杂引起 断口上均是单个疲劳源，瞬时断裂区面积小，表明工作状态下外力作用不大 2号试样存在异常组织,三、金相组织观察结果与分析,金相组织： 1#样金相表面形貌（基体）,金相组织：1#试样金相表面形貌,金相组织：2#样金相表面形貌（基体）,金相组织：2#样金相表面形貌,金相组织：2#样金相表面形貌 异常组织放大像,金相组织：2#样金相表面形貌,在2#样品弹簧片的外 侧表面出现明显的白 带，在白带的内部有 微裂纹状组织。 测定该白带处的显微 硬度值为： HV0.025=500-520 而在内表面则没有这 种组织。,基体的显微硬度为HV0.025=400-410 ， 在1#样品的表面没有见到白带组织，但是外表面处发白。值得注意的是：两个样品的内表面（基体）均没有发现白带。,分析结果3,两样品的基本组织均为正常组织 2#样品的外侧表面有明显的白色组织（类似脱碳组织），且白色组织内部可以看到微裂纹，其硬度值偏高。 推断白色组织为脱碳组织 表明两样品虽都为疲劳断裂，但断裂机理有差别,2#样金相表面异常组织形貌,2#样金相异常组织形貌,分析结果4,2#样品疲劳源处的表面存在大量的微裂纹，应该是疲劳断裂原因。 这些白带状组织或类似脱碳组织应该是在使用过程中产生的,断裂原因分析,1#试样：发生疲劳断裂原因是盘簧处的外表面与相邻弹簧片发生摩擦，使原组织发生变化，产生类似脱碳组织，表面强度降低，同时摩擦产生磨痕，成为疲劳源，疲劳裂纹扩展断裂。 2#试样：发生疲劳断裂原因是盘簧处的外表面与相邻弹簧片内侧发生摩擦，且程度大于1#，产热温升导致组织相变产生微裂纹，从而发生裂纹扩展导致断裂（依据：疲劳源处大量微裂纹，磨痕明显）。,总结,避免摩擦产生： 严格控制盘簧几何尺寸，提高尺寸精度 同时控制回火温度，提高盘簧的弹性极限,提问,60Si2Mn钢 碳 C ：0.560.64 硅 Si：1.502.00 锰