彈簧斷裂分析

1、盤簧斷裂分析第七組20123460 陳鵬飛20123464 向炬 20123466 徐德志20123467 劉正卿20123477 朱家偉 20123468 張家強(qiáng)20123469 徐博家 演講20123472 李鑫 制作PPT20123475 王俊盤簧使用情境用作汽車柴油機(jī)配件，主要受交變拉應(yīng)力。盤簧原理說明彈簧圈相互接觸的地方可能存在摩擦。B48彈簧信息收集彈簧信息收集 60Si2Mn彈簧鋼彈簧鋼是應(yīng)用廣泛的硅錳彈簧鋼，適于鐵道車輛、汽車拖拉機(jī)工業(yè)上制作承受較大負(fù)荷的扁形彈簧或線徑在30mm以下的螺旋彈簧、也適于制作工作溫度在250 以下非腐蝕介質(zhì)中的耐熱彈簧以及承受交變負(fù)荷及在高應(yīng)力下工

2、作的大型重要卷制彈簧以及汽車減震系統(tǒng)等。 工藝路線：60Si2Mn材料的扁鋼退火(硬度HRC22-23)校直下料冷饒彈簧淬火處理(鹽爐加熱溫度880 15min) 油冷回火(網(wǎng)帶爐4901h)電泳漆處理 盤簧成型后進(jìn)行檢測：硬度要求HRC40-45， 扭距要求37-41Nm(牛米)。 用戶反應(yīng)，盤簧出廠后使用過程中出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。據(jù)技術(shù)人員介紹，斷裂的比例約百分之二，一般是在使用1-2年后出現(xiàn)斷裂。選兩件斷裂的彈簧，分析斷裂原因。試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法 彈簧編彈簧編#為為1#與與2#，對斷裂彈簧的整體狀況與宏觀斷口進(jìn)行觀，對斷裂彈簧的整體狀況與宏觀斷口進(jìn)行觀察，根據(jù)斷口宏觀形貌粗略估算彈簧工作狀態(tài)下的

3、應(yīng)力值。察，根據(jù)斷口宏觀形貌粗略估算彈簧工作狀態(tài)下的應(yīng)力值。 從斷口附近用線切割方法截取樣品，采用金相顯微鏡觀察金從斷口附近用線切割方法截取樣品，采用金相顯微鏡觀察金相組織；用掃描電鏡觀察斷口并進(jìn)一步觀察微觀組織。相組織；用掃描電鏡觀察斷口并進(jìn)一步觀察微觀組織。 猜想猜想斷裂原因斷裂原因：零件結(jié)構(gòu)不合理、表面狀態(tài)缺陷、組織不均：零件結(jié)構(gòu)不合理、表面狀態(tài)缺陷、組織不均勻（夾雜、疏松）、勻（夾雜、疏松）、工作應(yīng)力過大工作應(yīng)力過大、裝配不合理、使用環(huán)境。、裝配不合理、使用環(huán)境。一一.宏觀斷口與斷裂位置觀察宏觀斷口與斷裂位置觀察#1形狀與斷裂位置2#斷裂形貌與位置2#斷裂形貌斷裂形貌發(fā)生摩擦的形貌照片

4、發(fā)生摩擦的形貌照片分析結(jié)果分析結(jié)果1 斷裂位置基本一致 斷口均為典型的疲勞斷口，表明兩種都是疲勞斷裂 疲勞源位于彈簧盤外側(cè)，且疲勞源處有摩擦痕跡 初步推斷：低應(yīng)力疲勞斷裂，材料表面受到摩擦初步推斷：低應(yīng)力疲勞斷裂，材料表面受到摩擦力影響。力影響。二、掃描電鏡二、掃描電鏡斷口觀察結(jié)果與斷口觀察結(jié)果與分析分析1#試試樣掃描斷口形貌樣掃描斷口形貌 2#試試樣裂紋源斷口形貌樣裂紋源斷口形貌分析結(jié)果分析結(jié)果2 兩樣品斷口形貌相似（疲勞斷裂形貌） 疲勞源處無夾雜物，非原材料內(nèi)部夾雜引起 斷口上均是單個(gè)疲勞源，瞬時(shí)斷裂區(qū)面積小，表明工作狀態(tài)下外力作用不大 2號試樣存在異常組織三、金相組織觀察結(jié)果與分析三、金

5、相組織觀察結(jié)果與分析金相組織：金相組織： 1#樣金相表面形貌樣金相表面形貌（基體）（基體）金相組織：金相組織：1#試試樣金相表面形貌樣金相表面形貌金相組織：金相組織：2#樣金相表面形貌樣金相表面形貌（基體）（基體）金相組織：金相組織：2#樣金相表面形貌樣金相表面形貌金相組織：金相組織：2#樣金相表面形貌樣金相表面形貌 異常組織放大像異常組織放大像金相組織：金相組織：2#樣金相表面形貌樣金相表面形貌在2#樣品彈簧片的外側(cè)表面出現(xiàn)明顯的白帶，在白帶的內(nèi)部有微裂紋狀組織。測定該白帶處的顯微硬度值為：HV0.025=500-520而在內(nèi)表面則沒有這種組織?；w的顯微硬度為HV0.025=400-410

6、 ， 在1#樣品的表面沒有見到白帶組織，但是外表面處發(fā)白。值得注意的是：兩個(gè)樣品的內(nèi)表面（基體）均沒有發(fā)現(xiàn)白帶。分析結(jié)果分析結(jié)果3 兩樣品的基本組織均為正常組織 2#樣品的外側(cè)表面有明顯的白色組織（類似脫碳組織），且白色組織內(nèi)部可以看到微裂紋，其硬度值偏高。 推斷白色組織為脫碳組織 表明兩樣品雖都為疲勞斷裂，但斷裂機(jī)理有差別2#樣金相表面樣金相表面異常組織異常組織形貌形貌2#樣金相樣金相異常組織異常組織形貌形貌分析結(jié)果分析結(jié)果4 2#樣品疲勞源處的表面存在大量的微裂紋，應(yīng)該是疲勞斷裂原因。 這些白帶狀組織或類似脫碳組織應(yīng)該是在使用過程中產(chǎn)生的斷裂原因分析斷裂原因分析 1#試樣：發(fā)生疲勞斷裂原因是盤簧處的外表面與相鄰彈簧片發(fā)生摩擦，使原組織發(fā)生變化，產(chǎn)生類似脫碳組織，表面強(qiáng)度降低，同時(shí)摩擦產(chǎn)生磨痕，成為疲勞源，疲勞裂紋擴(kuò)展斷裂。 2#試樣：發(fā)生疲勞斷裂原因是盤簧處的外表面與相鄰彈簧片內(nèi)側(cè)發(fā)生摩擦，且程度大于1#，產(chǎn)熱溫升導(dǎo)致組織相變產(chǎn)生微裂紋，從而發(fā)生裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致斷裂（依據(jù)：疲勞源處大量微裂紋，磨痕明顯）?？偨Y(jié)總結(jié)避免摩擦產(chǎn)生： 嚴(yán)格控制盤簧幾何尺寸，提高尺寸精度 同時(shí)控制回火溫度，提高盤簧的彈性極限提問提問 60Si2Mn鋼 碳