航天某型簧片断裂原因分析.pdf

记录号 记录号 JS AL 其他 弹簧 015 簧片断裂原因分析簧片断裂原因分析 摘要 摘要 2006年 10 月 某型设备在检查时发现设备内的簧片发生了断裂 本文通过对簧片断口宏微观特 征的观察与分析 簧片金相组织观察和硬度检测 确定了簧片的断裂性质 并对其断裂原因进行了综合 分析 结果表明 簧片的断裂性质为氢致脆性断裂 簧片的金相组织未见异常 硬度也符合技术要求 簧片发生氢脆断裂很可能与表面电镀工艺的改变有关 关键词 关键词 弹簧钢 其他 弹簧片 氢脆断裂 电镀工艺 材料种类 牌号 材料种类 牌号 弹簧钢 65Mn 概述概述 2006 年 10 月 某型设备在检查时发现设备内的簧片发生了断裂 簧片材料为 65Mn 技术要求为 HRC45 50 图纸要求表面镀镉 本文通过对簧片断口宏微观特征的观察与分析 簧片金相组织观察和硬度检测 确定了簧片的断裂 性质 并对其断裂原因进行了综合分析 试验过程与结果试验过程与结果 能谱分析能谱分析 将委托方提供的原始断口编为 1 5 据委托方介绍 原始断口包括故障断口和人为打断断口 为 便于比较 将簧片人为打断 并将断口编为 6 将所有断口清洗后放入扫描电镜下进行观察 结果如下 通过能谱分析仪对 1 断口边缘和断口中部进行了定性分析 结果见表 1 表 1 1 断口边缘和断口中部的成分分析结果 wt 测试位置 O Fe Zn Al Mn Si C 断口边缘 1 99 28 32 69 69 断口中部 95 78 0 37 1 15 0 30 2 40 表 1 结果表明 1 簧片表面为镀锌层 并非图纸要求的镀镉层 断口中部并未发现锌元素 由于分 析的所有簧片为同批次产品 因此可推断其它簧片表面镀层也为镀锌层 断口微观观察断口微观观察 1 4 断口的形貌基本相同 主要表现为沿晶断裂特征 见图 1 图 2 中国应急分析网 图 1 1 断口边缘的镀层形貌 图 2 1 断口中部的沿晶特裂特征 5 断口和 6 断口的形貌也基本相同 表现韧窝断裂特征 见图 3 图 4 图 3 5 断口低倍形貌 图 4 5 断口的韧窝断裂特征 根据以上特征可推断 1 4 断口为故障断口 5 断口为委托方提供的人为打断断口 金相组织检查金相组织检查 沿垂直簧片表面方向截取金相试样 磨制抛光并经 4 硝酸酒精浸蚀后用金相显微镜观察组织 簧片的金相组织未见异常 硬度测试硬度测试 沿垂直簧片表面方向截取硬度试样 磨制抛光后进行显微硬度测试 并根据 GB T 1172 1999 关于 黑色金属硬度与强度换算 将显微硬度值换算成洛氏硬度值 结果见表 2 表 2 簧片的硬度检测结果 测试点 1 2 3 HV0 2 458 452 478 换算后的 HRC 46 46 48 技术要求的 HRC 45 50 表 2 结果表明 簧片的硬度值为 46 48 符合技术图纸要求的 HRC45 50 中国应急分析网 分析与讨论分析与讨论 故障断口主要表现为沿晶断裂特征 人为打断断口表现为韧窝断裂特征 由此可判断 失效簧片的 断裂性质为氢致脆性断裂 氢脆通常表现为应力作用下的延迟断裂现象 其产生主要是由于零件内部的原子氢向应力集中或缺 陷部位扩散聚集 并最终形成氢分子 产生巨大的压力 这个压力与材料内部的残余应力及材料所受的 外加应力 组成一个合力 当这个合力超过材料本身的屈服强度 就会导致断裂的发生 氢脆既然与氢 原子的扩散有关 扩散是需要时间的 扩散的速度与浓度梯度 温度和材料种类有关 因此 氢脆通常 表现为延迟断裂 金属氢脆断口微观形貌一般显示为沿晶分离 而当材料的急速破断时 由于氢原子的 扩散速度小于材料的变形速度 这时断裂特征往往不表现为氢脆断裂 根据以上分析可知 失效簧片的 断裂性质为氢致脆性断裂 从氢的来源来说 金属发生氢脆一般与钢的冶炼 焊接及热处理 电镀和酸洗过程中进入金属的氢 含量及使用环境下渗入金属的氢含量有关 从材料本身的强度来看 材料强度越高 其氢脆越敏感越大 由于大部分金属强度与硬度有很好的对应关系 因此 用材料硬度来判断材料氢脆敏感性大小比用强度 来判断更为直观 方便 根据以上两方面因素 从目前试验结果来看 故障断口整个断面都表现为沿晶 断裂 可推断簧片内部的氢含量较高是导致此次簧片发生氢脆断裂的主要原因 簧片图纸要求表面镀镉 而实际故障件表面为镀锌层 由此看来 簧片表面处理工艺未按图纸要求 进行对此次簧片内部氢含量偏高可能影响很大 表面工艺的变化很可能促进了簧片的渗氢 增加了簧片 渗入的氢含量 金相组织未见异常 硬度符合技术要求 综上所述 簧片的金相组织未见异常 硬度也符合技术要求 簧片的氢脆断裂很可能与表面电镀工 艺的改变有关 结论结论 1 簧片的断裂性质为氢致脆性断裂 2 簧片的金相组织未见异常 硬度也符合技术要求 3 簧片发生氢脆断裂很可能与表面电镀工艺的改变有关 4 建议对簧片表面处理工艺改变的原因进行分析 主要分析人员及单位 主要分析人员及单位 分析负责