60Si2MnA弹条断裂分析

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60Si2MnA铁轨铺设用弹条疲劳试验断裂分析

60Si2MnA铁轨铺设用弹条疲劳试验断裂分析郭和平;李玉生;李彪【摘要】某60Si2MnA铁轨铺设用弹条疲劳试验寿命未达到规定值,通过对断裂弹条进行断口宏观和微观形貌观察、显微组织检查、硬度测试和化学成分分析,找出了弹条的断裂性质和早期断裂原因.结果表明:该弹条为弯曲-扭转疲劳断裂;弹条早期断裂的主要原因是其原材料碳含量偏低,导致热处理后材料硬度偏低,降低了弹条的疲劳性能;弹条表层脱碳形成了网状铁素体,导致弹条易在该处形成疲劳裂纹源,是弹条疲劳寿命未达到规定值的另一个主要原因.%Fatigue life of a batch of60Si2MnA steel spring rods didn't reach the required value.The failure spring rods were analyzed by means of macro and micro observation of fracture surface, metallographic examination,hardness testing and chemical compositions analysis.The results show that the failure mode of the spring rods was fatigue fracture resulting from the co-effect of bending and twisting.The main reason for the early fracture of the spring rods was carbon content of their raw material was lower than the standard required value to 60Si2MnA steel,which resulted in the hardness of the spring rods was lower than the technical requirement after heat treatment and reduced the fatigue properties of the spring rods heavily.Another reason for the shorter fatigue life was that there was net-shape ferrite structure at the local surface of the spring rods because of decarburization, which made fatigue cracking source generate easily.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2011(047)002【总页数】5页(P107-110,129)【关键词】弹条;疲劳寿命;断裂分析;碳含量;脱碳【作者】郭和平;李玉生;李彪【作者单位】新乡航空工业(集团)有限公司,新乡,453049;新乡航空工业(集团)有限公司,新乡,453049;新乡航空工业(集团)有限公司,新乡,453049【正文语种】中文【中图分类】U213.5+31Abstract:Fatigue life of a batch of 60Si2M nA steel sp ring rods didn’t reach the required value.The failure sp ring rods were analyzed by meansofmacro and micro observation of fracture surface,metallographic examination,hardness testing and chemical compositions analysis.The results show that the failuremode of the sp ring rods was fatigue fracture resulting from the co-effect of bending and tw isting.The main reason fo r the early fracture of the sp ring rodswas carbon content of their raw materialwas lower than the standard required value to 60Si2M nA steel,w hich resulted in the hardness of the sp ring rods was lower than the technical requirement after heat treatment and reduced the fatigue p ropertiesof the sp ring rods heavily.Another reason for the shorter fatigue life was that there was net-shape ferrite structure at the local surface of the sp ring rods because of decarburization,w hich made fatigue crackingsource generate easily.Keywords:sp ring rod;fatigue life;fracture analysis;carbonconten;decarburization在全国铁路运营里程不断增加的同时,重载化和高速化也是铁路运输的发展趋势,因此铁路系统除对机车及其部件的要求越来越高外,对铁轨的技术性能和可靠性也提出了越来越高的要求。

60Si2MnA弹条疲劳断裂原因分析

60Si2MnA弹条疲劳断裂原因分析某公司生产的Φ14mm60Si2MnA弹簧钢用于生产W1型客专弹条扣件，疲劳试验在不足要求(300万次)时发生断裂。

其生产工艺为：下料→加热成型→余热淬火→回火。

针对疲劳强度不合要求的问题，对断裂件的断口形貌、化学成分、金相组织、硬度等进行了分析。

样品的化学成分检测结果见表1。

表1 样品的化学成分(质量分数，%)C Si Mn P S Cr Ni Cu Al0.61 1.780.810.0100.0030.280.020.010.020通过对样品断口的观察发现，裂纹源位于弹条表面，裂纹源处未发现非金属夹杂物。

金相组织为回火索氏体+碟状及竹叶状马氏体，组织有方向性。

弹簧边缘总脱碳层深约0.10mm(脱碳层深度应≤0.03mm)。

样品横截面D/4处的硬度平均值为44.5HRC，满足弹条的硬度要求(42～47HRC)。

上述检验结果表明：弹条样品的化学成分符合GB/1222-1984标准的要求，硬度等也符合要求。

从断口的宏观及微观照片来看，断裂处无塑性变形，断口上有沿晶迹象，裂纹源处未发现非金属夹杂物，裂纹源处为准解理断裂，属于较典型的脆性断裂。

正常情况下，弹簧钢经淬火和回火后可得到综合力学性能和工艺性能优良的回火索氏体。

而金相组织检验发现，组织为回火索氏体+碟状及竹叶状马氏体，不均匀且略显粗大，说明样品心部出现过热。

弹条组织略显粗大和不均匀的组织是降低弹条疲劳寿命的主要原因。

热处理工艺的正确选择对弹簧钢的综合性能具有重要意义，应适当选择淬火回火温度和保温时间。

另外，在生产弹簧时应注意完善成形工艺，保持工件与工装接触面的润滑和光洁，防止工件表面出现较大的塑性变形，减少断裂的可能性。

60Si2MnA盘条断裂原因分析是什么

60Si2MnA盘条断裂原因分析是什么？
φ12．5mm的60Si2MnA盘条拉拔过程中产生抽芯断裂，钢丝绕簧过程中产生劈裂断裂。

对盘条进行力学性能检测，对2种断口进行非金属夹杂物、金相组织、酸浸检测和扫描电镜分析，结果表明：连铸坯中存在较多的疏松、微孔与偏析，在轧制过程中由于压缩比太小，致使盘条中残留有疏松与偏析，最终造成
60Si2MnA弹簧钢盘条在拉拔及绕簧过程中断裂。

减轻疏松与中心偏析的措施：在结晶器内和最后凝固区进行电磁搅拌，对最后凝固区附近的铸坯轻压下
在同一工艺下分别轧制不加铬(A)和加铬(B)两类盘条，分析铬对悬架簧用60Si2MnA盘条脱碳层和力学性能的影响。

结果表明，当加热炉预热段温度为670～680℃，加热段温度为950～960℃，均热段温度为1035～1050℃，开轧温度为900～915℃，吐丝温度为850～860℃，辊道速度为1.0m/s，尾气残氧质量分数控制在3%左右时，B类盘条的全脱碳层深度和总脱碳层深度较A类盘条明显降低，B类盘条的抗拉强度和断面收缩率较A类盘条高。

试验得出的结论是：
（1）悬架簧用盘条60Si2MnA中加入铬元素，可提高碳扩散的激活能，减小碳扩散系数，从而降低盘条的全脱碳层深度和总脱碳层深度。

（2）轧制大规格高碳钢盘条时，铬能抑制先共析铁素体析出，提高索氏体化率，进而提高盘条的抗拉强度和断面收缩率。

60Si2Mn锻裂原因及解决方案[1]

60Si2Mn 锻裂原因及解决方案崇　鹏　(扬子重机公司)摘　要　采用退火工艺来消除钢锭内应力、减少化学成分偏析及显微组织的不均匀性,适当调整制造工艺,在不增加成本的前提下,锻造出合格的锻件,并最终加工成符合技术要求的产品。

关键词　60Si2Mn 裂纹　退火1　前言我公司承接的一批加工件,其材质为60Si2Mn,技术要求为调质处理HB241～280。

锻造过程中锻件两端头部开裂(锻造原材料为我公司铸造的钢锭),不能得到合格锻件。

为了有效消除裂纹,经对裂纹产生的原因进行综合分析,相应采取了一定的热处理方法,适当调整了工艺,在成本几乎未增加的前提下得到了合格锻件,并最终加工成合格产品。

2　锻裂宏观形貌最初的制造工艺路线为:炼钢→铸锭→气割下料(未预热)→锻造→退火→粗加工→调质→精加工。

锻造加热温度1180℃,始锻温度1150℃,终锻温度850℃。

锻造后退火的目的在于消除锻造应力,降低硬度,提高切削性能。

钢锭采取氧割下料,经锻造后发现端部有开裂现象:一种为类似缩孔的缺陷(图1);另一种为通条的大裂纹,旁边伴随细小裂纹(图2)。

3　锻裂原因分析经对60Si2Mn 锻裂现象进行宏观分析,锻裂原因主要有以下两个方面。

图1　钢锭缺陷造成开裂图2　气割下料造成开裂3.1　钢锭缺陷造成锻造开裂我公司铸造的60Si2Mn 钢锭经光谱分析化验其主要化学成分(见表1),符合国家标准(G B /T1222-1984)。

表1　主要化学成分钢号及炉号化学成分(%)CSi Mn Cr P S 60Si2Mn (实测)(77-137)0.641.600.860.0740.0290.01560Si2Mn (实测)(77-161)0.63 1.850.770.0310.0170.01660Si2Mn (标准)0.56～0.641.50～2.000.60～0.90≤0.35≤0.035≤0.03560Si2Mn 钢锭化学成分是合格的,但铸锭本身存在铸造内应力,而且钢锭凝固时有成分偏析,造成成分和组织的不均匀性。

60Si2Mn弹簧断裂原因分析

总第２９５期２０２０年第７期ＨＥＢＥＩＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹＴｏｔａｌＮｏ.２９５２０２０ꎬＮｕｍｂｅｒ７６０Ｓｉ２Ｍｎ弹簧断裂原因分析赵㊀江ꎬ郝志超ꎬ孙俊喜ꎬ申文军ꎬ胡鹏飞(河钢集团邯钢公司技术中心ꎬ河北邯郸０５６０１５)摘要:采用金相及扫描电镜等手段分析了６０Ｓｉ２Ｍｎ弹簧脆性断裂的形貌特征及原因ꎬ认为原材表面缺陷和淬火裂纹是引起６０Ｓｉ２Ｍｎ弹簧断裂的主要原因ꎮ对脱碳层及氧化质点的分析结果表明ꎬ弹簧的裂纹来源于铸坯表面缺陷ꎮ在淬火过程中ꎬ由于工艺不当ꎬ也会使弹簧内部产生大量裂纹ꎬ形成脆性断口ꎮ关键词:弹簧钢ꎻ脆性断裂ꎻ脱碳层ꎻ氧化质点ꎻ淬火中图分类号:ＴＦ７７１.２㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ｂ文章编号:１００６－５００８(２０２０)０７－００６６－０４ｄｏｉ:１０.１３６３０/ｊ.ｃｎｋｉ.１３－１１７２.２０２０.０７１４ＦＲＡＣＴＵＲＥＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦ６０Ｓｉ２ＭｎＳＰＲＩＮＧＺｈａｏＪｉａｎｇꎬＨａｏＺｈｉｃｈａｏꎬＳｕｎＪｕｎｘｉꎬＳｈｅｎＷｅｎｊｕｎꎬＨｕＰｅｎｇｆｅｉ(ＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｅｎｔｅｒｏｆＨＢＩＳＧｒｏｕｐＨａｎｓｔｅｅｌＣｏｍｐａｎｙꎬＨａｎｄａｎꎬＨｅｂｅｉꎬ０５６０１５)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｒｅａｓｏｎｏｆｂｒｉｔｔｌｅｆｒａｃｔｕｒｅｏｆ６０Ｓｉ２Ｍｎｓｐｒｉｎｇｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｍｅｔａｌ￣ｌｏｇｒａｐｈｙａｎｄｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ.Ｉｔｗａｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｄｅｆｅｃｔｏｆｒａｗｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｑｕｅｎｃｈｉｎｇｃｒａｃｋｗｅｒｅｔｈｅｍａｉｎｒｅａｓｏｎｓｆｏｒｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｏｆ６０Ｓｉ２Ｍｎｓｐｒｉｎｇ.Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｏｆｄｅｃａｒｂｕｒｉ￣ｚｅｄｌａｙｅｒａｎｄｏｘｉｄｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｒａｃｋｏｆｓｐｒｉｎｇｉｓｍａｉｎｌｙｕｐｔｏｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｄｅｆｅｃｔｏｆｓｌａｂ.Ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｑｕｅｎｃｈｉｎｇꎬｄｕｅｔｏｉｍｐｒｏｐｅｒｐｒｏｃｅｓｓꎬａｌａｒｇｅｎｕｍｂｅｒｏｆｃｒａｃｋｓｗｉｌｌｂｅｐｒｏｄｕｃｅｄｉｎｓｉｄｅｔｈｅｓｐｒｉｎｇａｎｄｂｒｉｔｔｌｅｆｒａｃｔｕｒｅｗｉｌｌｂｅｆｏｒｍｅｄ.ＫｅｙＷｏｒｄｓ:ｓｐｒｉｎｇｓｔｅｅｌꎻｂｒｉｔｔｌｅｆｒａｃｔｕｒｅꎻｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎｌａｙｅｒꎻｏｘｉｄａｔｉｏｎｐａｒｔｉｃｌｅꎻｑｕｅｎｃｈｉｎｇ收稿日期:２０２０－０２－１８作者简介:赵江(１９８０－)ꎬ男ꎬ高级工程师ꎬ硕士ꎬ２００７年毕业于江苏大学有色金属冶金专业ꎬ现在河钢集团邯钢公司技术中心从事弹簧钢等新产品开发工作ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｚｈａｏｊｉａｎｇ０１＠ｈｂｉｓｃｏ.ｃｏｍ０㊀引言㊀㊀甲和乙两家弹簧制造企业均采用弹簧钢６０Ｓｉ２Ｍｎ圆钢加工工程机械弹簧ꎬ其生产工艺相同ꎬ均为:圆钢锯切下料端部制扁加热(９５０~１０５０ħ) 卷簧淬火回火(４００~４６０ħ) 两端磨削立定检验抛丸上漆成品ꎮ两制造厂家均反馈弹簧在淬火后发生脆断现象ꎬ严重影响后续产品加工ꎬ造成废品ꎮ㊀㊀导致弹簧断裂的原因很多ꎬ相关文献也对此进行过汇总分类[１]ꎮ但弹簧断裂原因不能一概而论ꎬ必须根据实际情况进行具体分析ꎮ本文采用金相检验㊁电镜分析等手段ꎬ对弹簧脆断缺陷部位取样ꎬ研究６０Ｓｉ２Ｍｎ弹簧断裂的原因ꎮ１㊀检验分析１.１㊀宏观形貌㊀㊀图１为甲厂断裂弹簧样品１ꎬ直径为Φ２５ｍｍꎬ断簧整体锈蚀严重ꎬ断口与弹簧横截面轴线呈４５ʎ分布ꎬ为典型的脆性断口ꎬ断面锈迹严重ꎬ沿着放射状扩展痕迹追溯可见断口边缘的近半圆形平台为起裂源ꎮ沿着起裂源观察ꎬ发现弹簧内圈存在１条通长裂纹ꎮ图１㊀断裂弹簧样品１的宏观形貌Ｆｉｇ.１㊀Ｍａｃｒｏｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｄｓｐｒｉｎｇｓａｍｐｌｅ１㊀㊀图２为乙厂断裂弹簧样品２ꎬ直径为Φ３０ｍｍꎬ断口形貌与图１相似ꎬ断口与弹簧横截面轴线同样呈４５ʎ分布ꎬ同为脆性断口ꎬ断面略有锈迹ꎬ宏观观察断口存在扩展痕迹ꎬ无明显起裂源ꎬ断口周边未发现表面缺陷ꎮ河北冶金㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２０年第７期图２㊀断裂弹簧样品２的宏观形貌Ｆｉｇ.２㊀Ｍａｃｒｏｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｄｓｐｒｉｎｇｓａｍｐｌｅ２１.２㊀金相检验㊀㊀样品１按照图１标记部位取样ꎬ对弹簧内圈裂纹缺陷进行分析ꎬ经过研磨抛光后在光学显微镜下观察ꎬ裂纹分为Ａ㊁Ｂ两部分ꎬＡ缺陷表面开口大ꎬ长度１.４３ｍｍꎬＢ裂纹从Ａ根部往里面延伸ꎬ两者夹角约为１２０ʎꎬ长度为５.６５ｍｍꎬ如图３所示ꎮ图３㊀样品１缺陷抛光态和腐蚀态形貌Ｆｉｇ.３㊀Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｓａｍｐｌｅ１ｄｅｆｅｃｔｓｉｎｐｏｌｉｓｈｅｄａｎｄｃｏｒｒｏｓｉｖｅｓｔａｔｅ㊀㊀在５００倍光镜下观察ꎬＡ裂纹及根部存在８~１０μｍ厚的氧化质点层ꎬＢ裂纹没有发现氧化质点ꎮ经４％硝酸酒精溶液浸蚀后ꎬ如图４所示ꎬ在缺陷表面Ａ部位开口处脱碳严重ꎬ而且９０％以上为完全脱碳层ꎬ最大深度为８５０~９００μｍꎮＢ部分裂纹未发现明显脱碳层ꎮ图４㊀样品１缺陷Ｃ部位放大形貌(５００ˑ)Ｆｉｇ.４㊀Ｍａｇｎｉｆｙｉｎｇｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｃｅｎｔｅｒｐａｒｔｉｎｓａｍｐｌｅ１(５００ˑ)㊀㊀样品２按照图２标记部位取样分析ꎬ该部位紧挨断口ꎬ经过研磨抛光后在光学显微镜下观察ꎬ横截面在距离边部３~４ｍｍ处发现１条裂纹ꎬ如图５所示ꎬ裂纹直线长度５.３５ｍｍꎬ观察裂纹形态:中部宽大ꎬ边部窄小ꎬ可见该裂纹是由中部开裂ꎬ向两端部延伸ꎮ经４％硝酸酒精溶液浸蚀后ꎬ在光学显微镜５００倍放大条件下观察ꎬ裂纹及其周边全部为淬火马氏体组织ꎬ样品横截面的其余部位同样发现存在大量微观裂纹ꎬ如图６㊁图７所示ꎮ图５㊀样品２缺陷抛光态和腐蚀态形貌Ｆｉｇ.５㊀Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｓａｍｐｌｅ２ｄｅｆｅｃｔｓｉｎｐｏｌｉｓｈｅｄａｎｄｃｏｒｒｏｓｉｖｅｓｔａｔｅ总第２９５期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＨＥＢＥＩＹＥＪＩＮ图６㊀样品２裂纹缺陷放大形貌Ｆｉｇ.６㊀Ｍａｇｎｉｆｙｉｎｇｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｃｅｎｔｅｒｐａｒｔｉｎｓａｍｐｌｅ２图７㊀样品２断面区域微观形貌Ｆｉｇ.７㊀Ｍｉｃｒｏ－ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｓｅｃｔｉｏｎａｒｅａｏｆｓａｍｐｌｅ２１.３㊀扫描电镜观察㊀㊀样品１氧化质点层微观形貌如图８所示ꎮ图８㊀样品１氧化质点层微观形貌Ｆｉｇ.８㊀Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｏｘｉｄａｔｉｏｎｐａｒｔｉｃｌｅｌａｙｅｒｏｆｓａｍｐｌｅ１㊀㊀氧化层内分布着大量质点ꎬ经能谱分析ꎬ质点包含Ｓｉ㊁Ｍｎ㊁Ｏ元素ꎬ具体成分见表１ꎬ分析认为是硅㊁锰氧化物ꎬ即高温氧化物ꎮ表１㊀样品１氧化质点的化学成分ｗｔ％Ｔａｂ.１㊀Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｏｘｉｄｉｚｅｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｏｆｓａｍｐｌｅ１ｗｔ％部位ＯＳｉＭｎＦｅ谱图１７.３２２４.２０５.８３５９.５８谱图２１.４７５.５７－８８.４０谱图３３.５７１０.０９２.６６７８.２６㊀㊀在电镜下观察样品２断口ꎬ发现距离边部约３ｍｍ的位置存在长度为４.２６ｍｍ裂纹ꎬ如图９所示ꎮ该部位正好与金相观察到的裂纹相对应ꎬ并且长度也相似ꎬ同时在断面的其余部位也发现存在大量裂纹ꎮ图９㊀样品２断口电镜形貌Ｆｉｇ.９㊀Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｏｆｓａｍｐｌｅ２河北冶金㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２０年第７期２㊀结果与讨论㊀㊀(１)金相检验发现断簧样品１裂纹分为两部分ꎬＡ部分完全脱碳层达到８５０~９００μｍꎬ脱碳层深度最大达到３.６０％Ｄ(Ｄ为原材公称直径ꎬＤ取２５ｍｍ)ꎮ图１０为热轧态圆钢正常加热工艺下(预热段ɤ６００ħ㊁加热段８５０~１０００ħ㊁均热段１０００~１１５０ħꎬ总加热时间１００~２００ｍｉｎ)脱碳层形貌ꎬ完全脱碳层只有０.０８％Ｄ(即完全脱碳层ɤ２０μｍ)ꎮ沈朴恒等的研究[２]指出局部点状全脱碳层的出现一般与表面缺陷相伴生ꎻ李红英等对完全脱碳层的形成条件进行了研究[３]ꎬ指出７２５~９２５ħ加热温度区间为铁素体完全脱碳层形成温度ꎮ弹簧加工的加热温度为９５０~１０５０ħꎬ加热时间在４０~６０ｍｉｎꎬ这种情况不利于完全脱碳层形成ꎬ而弹簧钢原材轧制加热的温度区间在８５０~１１５０ħꎬ加热时间在６０~１４０ｍｉｎꎬ具备完全脱碳层的形成条件ꎬ说明缺陷的完全脱碳层形成于原材加热阶段ꎮ电镜分析表明:Ａ部分裂纹存在一层氧化质点ꎬ祝桂合等经过大量试验证明[４]ꎬ加热温度在１０００ħ及以上超过２０ｍｉｎ才能形成高温氧化物质点ꎬ并且氧化物质点的数量㊁形态与加热温度和时间均有紧密关系ꎮ结合完全脱碳层程度和氧化质点的形态㊁数量ꎬ说明Ａ部分裂纹形成于弹簧淬火前ꎬ即为原材表面缺陷ꎬ并且氧化质点粗大㊁数量众多ꎬ说明轧制之前已经存在ꎬ推测该裂纹来自铸坯表面裂纹ꎮＢ部分裂纹位置走向与Ａ裂纹明显不同ꎬ且明显不存在氧化质点和脱碳层ꎬ说明两部分裂纹不是同时产生ꎮ在淬火过程中ꎬ淬火应力会沿着裂纹甚至是划伤向产品内部扩展[５]ꎮ卷簧后ꎬ在任一外力作用下ꎬ裂纹快速扩展ꎬ形成脆性断口ꎮ图１０㊀圆钢表面正常脱碳层形貌Ｆｉｇ.１０㊀Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｎｏｒｍａｌｄｅｃａｒｂｕｒｉｚｅｄｌａｙｅｒｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｒｏｕｎｄｓｔｅｅｌ㊀㊀(２)金相分析表明ꎬ样品２全部为淬火马氏体组织ꎬ在样品横截面存在大量微观裂纹ꎮ相关研究表明[６ꎬ７]ꎬ淬火介质㊁淬火温度等工艺参数控制不当均会引起淬火裂纹ꎬ电镜分析结果显示在断口上也发现了大量裂纹ꎬ与金相分析一一对应ꎮ可见由于淬火工艺不当造成的内部裂纹是引起弹簧断裂的原因ꎮ㊀㊀(３)样品１和２均为脆性断口ꎬ外观形貌相似ꎬ经过金相和电镜分析ꎬ证明两部分裂纹分别是由外部缺陷和内部裂纹不同原因造成ꎮ通过对比分析检验也为同类缺陷的研究提供借鉴参考ꎮ３㊀结论㊀㊀(１)原材的表面缺陷通常是引起弹簧断裂的主要原因ꎬ但在后续的淬火过程中ꎬ一般会产生二次开裂ꎬ产生再生裂纹ꎮ对脱碳层及氧化质点的分析是判定裂纹产生阶段的依据ꎮ㊀㊀(２)淬火工艺不当会使弹簧在内部产生大量微观裂纹及宏观裂纹ꎬ其往往也是造成弹簧断裂的常见原因ꎮ㊀㊀(３)弹簧在淬火后发生断裂是制簧企业经常遇到的问题ꎬ不能仅凭断口形貌作为判定断裂原因的依据ꎬ要结合金相㊁电镜等分析手段具体问题具体分析ꎮ参考文献[１]金双峰ꎬ程鹏ꎬ姜膺ꎬ等.弹簧的失效分析与预防技术[Ｊ].金属热处理ꎬ２０１１ꎬ３６(７):１４０~１４４.[２]沈朴恒ꎬ王德炯.弹簧钢ＳＡＥ９２５４线材脱碳层研究[Ｃ].２０１１年全国高品质特殊钢生产技术研讨会文集ꎬ北京:中国金属学会ꎬ２０１１:３３２~３３６.[３]李红英ꎬ陈广ꎬ唐薇.汽车悬架用弹簧钢铁素体全脱碳行为研究[Ｊ].材料科学与工艺ꎬ２０１４ꎬ２２(４):４９~５５.[４]祝桂合ꎬ万友堂ꎬ张继明ꎬ等.钢板表面裂纹及氧化物圆点形成条件模拟试验[Ｊ].山东冶金ꎬ２０１２ꎬ３４(２):３０~３３.[５]喻强ꎬ谢飞鸣ꎬ王艳林ꎬ等.汽车用弹簧扁钢６０Ｓｉ２Ｍｎ淬火开裂分析[Ｊ].江西冶金ꎬ２０１４ꎬ３４(５):２６~２９.[６]刘宗昌.淬火开裂及防止方法(续)[Ｊ].热处理ꎬ２０１０ꎬ２５(４):７６~８３.[７]焦力隆ꎬ侯现军ꎬ李绍杰ꎬ等.铁路机车用５２ＣｒＭｏＶ４弹簧失效分析[Ｊ].河北冶金ꎬ２０１３ꎬ(５):６４~６７.。

60Si2MnA时效分析

60Si2GrA弹条断裂失效分析QR06-06采用化学分析，硬度测定和金相检验方法，对60Si2GrA弹条在生产过程中出现突然断裂进行了分析。

确认，弹条脆断的原因是由于热处理不当，淬火金相组织过烧，造成弹条综合性能差而引起的。

关键：6弹条材质为0Si2GrA，直径约13mm，弹条断裂。

1，情况简介弹条是铁路建设中的重要部件。

主要利用弹性变形时所储存的能量起到缓和机械上的震动和冲击作用，是在动载荷下承受长期的、周期性的弯曲、扭转等交变应力，2. 检验与结果2．1化学成分分析弹条化学成分分析结果列于表12，2硬度测定弹条洛氏硬度测定结果列于表22，3断口宏观观察弹条外侧圆钢表面颜色较深的区域为开裂源区，大量放射纹由该区域发散，断口粗糙不平，具有疲劳断裂的宏观特征。

2.4低倍检验从断裂弹条上切取低倍试样，加工后采用1：1盐酸水溶液实验按照表22.5金相检验在断裂件上截取金相试样，在光学显微镜下观察，其组织为回火针状马氏体，针叶粗大。

试样边缘有脱碳现象。

，近表面有部分晶界氧化，针叶粗大显微组织X500（图1）断裂显微组织X500（图2）表层脱碳显微组织X500（图3）均匀正常显微组织X500（图4）3 分析上述检验结果表明，该弹条的化学成分符合GB/T1222-1984标准中的60Si2CrA成分要求。

硬度测定、低倍检验、均符合要求。

从断口观察中，弹条断裂无塑性变形，断口属于典型的脆性断裂。

一般弹簧钢经淬回火后可获得最佳组织—回火屈氏体，硬度为45-50HRC，无脱碳现象，综合力学性能和工艺性能优良。

弹条断裂部位有压伤痕迹，回火马氏体针叶粗大，说明心部已产生过热。

弹条边缘脱碳，近表面有部分晶界氧化，表明弹条热处理时附近表面已产生过烧现象。

过烧原因是热处理操作中未严格控制加热工艺，淬火温度过高，或保温时间过长，导致弹条晶粒长大。

氧化气体渗入近表面晶粒边界处与铁生成铁的氧化物，造成部分晶界发生熔化，导致脱碳。

60Si2MnA盘条断裂原因分析

加工成低倍试样酸洗后进行低倍检查，其结果均为：一般疏松０．５级、中心疏松０．５级、锭型偏析
厂家（ｃ）
Ａ厂０．５９
（３）将两个厂家生产的盘条性能测试结果汇
总并进行比较，见表４。
（Ｔｉ）（Ａ１）
０．０８０．００３０．００９０．００２０．００１０．０１８
宝钢
０．６０１．７５０．７５０．Ｏ１１０．００６０．０１０．０２０．０１０．００３０．００１０．００１０．００７０．０１５
珠光体的片层间距，先共析铁素体含量明显低于宝钢盘条中铁素体含量，可以判断：Ａ厂盘条轧后的
１０００℃时，在其它条件不变的条件下，随轧钢加热温度的提高，６０Ｓｉ：ＭｎＡ的断面收缩率（）和延伸率（８）均减小。随着开轧温度的降低，在相同条件
（１）两个样品的金相组织均是由珠光体和先
通过对Ａ厂和宝钢样品横截面的金相组织检
查，Ａ厂样品的金相组织检查结果见图１、３、５，宝
收稿日期：２０１３— ０２— ２０
共析铁素体组成，没有中心偏析，金相检测时也没有发现马氏体和贝氏体。（２）两个分析样品虽然都是由珠光体和少量先共析铁素体组成，但其珠光体和先共析铁素体的相对含量不同，Ａ厂样品中铁素体含量明显低于

热轧60Si2MnA棒材冷绕弹簧断裂分析及解决措施

前言
体，冷成型性能一般，淬透性较差，冷绕弹簧过程时有断裂现象。为了更好地满足用户冷加工和使用需要，对此进行了研究并制定了合理的优化方案，取得
了良好效果。
弹簧钢６０Ｓｉ２ＭｎＡ是汽车、机械、热电等行业制
ｉｎｇｓｐｒｉｎｇ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：６０Ｓｉ２ＭｎＡ；ｓｐｒｉｎｇｓｔｅｅｌ；ｈｏｔ－ｒｏｌｌｅｄｓｔｅｅｌｂａｒ；ｃｏｌｄ — ｆｏｍｉｒｎｇｓｐｒｉｎｇ
２０１５年第１期
南钢科技与管理
ｌ３
热轧６０Ｓｉ２ＭｎＡ棒材冷绕弹簧断裂分析及解决措ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ施
沈朴恒王磊孙华
（特钢事业部）
摘要：对６０Ｓｉ２ＭｎＡ热轧棒材冷绕弹簧断裂原因进行分析，确定造成断裂原因为热轧棒材显微组织中存在网
化学成分见表１所示。
般轧态组织为珠光体及沿晶界先共析的网状铁素
表１试样化学成分，％
８
， ’ 一 ‘ ・
、
南钢科技与管理
２０１５年第１期
（脱硫废液
、．，
图３增加二级脱硫工艺流程
４结语
目前存在的和即将面临的种种问题，保证脱硫效果，避免熔硫弊端，也无盐产品销售之忧，产品硫酸自用不存在销路问题，且再生尾气同步处理。但该路线投资较高，且没有成熟的工业化装置。４．４要达到更高的脱硫效率，建议在上述工艺调整

工程机械用60Si2MnA弹簧断裂失效分析

ｑｅｃｎｕｎｈｉｇ．
Ｋｅｏｒｓ：ｐｒｎｙＷｄｓｉｇ；ｆａｔｒｒｃｕｅ；ｆｉｕｅ；ａａｙｉａｌｒｎｌｓｓ
ｌ
弓言Ｉ
２实验结果及分析
２１验方法．
弹簧是工程机械中不可缺少的重要零部件，在绝大多数情况下起着控制零部件运动和减震的作用，弹簧的破坏将使工程机械出现不同程度的故
关键词：簧；裂；效；析弹断失分中图分类号：Ｇ４．１Ｔ１２４文献标识码：Ｂ文章编号：０６— ０８２１）２— ０５— ３１０５０｛００００４０
ＦＲＡＣＴＵＲＥＦＡⅡ ，ＵＲＥＡＮＡＬＹＳＳＩ
采用ＡＬ一４６Ｒ４０直读光谱仪分析断裂弹簧化
学成分；宏观观察弹簧断裂情况，在断口及其附并
障。某工程机械公司在工程机械弹簧装配试车运
行过程中，数支弹簧发生断裂失效，失效弹簧的断裂形貌相似。弹簧材质为６Ｓ２Ａ０ｉＭｎ４ｌ圆７ｌｍｌ钢，生产工艺为：其下料（．５ｍ）６４一两端感应加热（５９０～１００℃ ）两端锻造、磨一整体感应加５一打热卷簧一淬火（热炉加热至９０～９０ｏ保温加１７Ｃ，
ｍｉｒｓｏｃｏｃｐｅ，ｅｅｇｓｅｔｕｎｒｙｐｃｒｍｍｉｏｃｌｃｃｒｅｔｏｍｐｏｉｉｎ，ｍｅａｌｒｉａｓｒｔｅ，ｍｉｒｈｒｎｓ．Ｔｈｒｓｌｓｔｏｔｌｕｇｃｌｔｕｃｕｒｃｏａｄｅｓｅｅｕｔ

60si2mn钢弹簧疲劳试验断裂分析

第47卷第6期2019年12月Vol. 47 No. 6Dec. 2019现代冶金Modern Metallurgy60Si2Mn 钢弹簧疲劳试验断裂分析万兴永，朱文凯，苏祯祺（中天钢铁集团有限公司，江苏常州213011）摘要：通过宏观检验及扫描电镜分析、化学成分分析、金相分析等方法，对60Si2Mn 钢弹簧疲劳试验断裂的产生原因进行了分析。

结果表明：该弹簧在进行疲劳试验时出现早期断裂现象是由于弹簧表面存在擦伤部位，使其表面产生马氏体的硬化层组织，其脆性较大；使弹簧在疲劳试验时受到交变应力作用下，易在此处萌生微裂纹，最终导致弹簧断裂。

关键词：疲劳试验；弹簧；60Si2Mn 钢；擦伤；硬化层中图分类号：TG115.5?7； TF762?.5引言采用60Si2Mn 钢①14 mm 热轧盘条制造螺旋压缩弹簧，加工工艺为：原材料退火"拉拔"淬火（880 °C ）"回火（440 °C ）"冷卷簧"抛丸"表面喷漆&在成品弹簧进行疲劳试验时，其中1只弹簧在14-15万次时发生断裂，未达到20万次的技术要求&1理化检验1.1宏观检验图1疲劳断裂弹簧宏观形貌发现存在冶金缺陷，如图2-3所示&1.2化学成分分析断裂弹簧样宏观形貌如图1所示&疲劳断裂源位于弹簧外表面，断裂源处弹簧表面有明显擦伤痕迹，说明该处受过外力摩擦；在扫描电镜下观察发在断裂弹簧上取样，使用德国超谱公司QSN750型直读光谱仪进行化学成分分析，结果如表1所示，可知弹簧的化学成分符合GB/T1222-2016《弹簧钢》标准对60Si2Mn 钢的成分要求&现,疲劳裂纹萌生于弹簧外表面擦伤处，疲劳源区未（a ）断口形貌（b ）断裂源形貌图2疲劳断裂弹簧断口形貌（箭头所指处为疲劳断裂源）收稿日期：2019-08-05作者简介：万兴永（1984-），男，工程师第#期万兴永，等%0Si2Mn 钢弹簧疲劳试验断裂分析5图9疲劳断裂源处扫描形貌表1断裂弹簧的化学成分/%条件！（C ）!（Si ） !（Mn ） !（P ） !（S ） !（Cr ） !（Ni ） !（Cu ）实测值0.59 1.71 0.79 0.0090.007 0.190.01 0.01标准值 0.56-0.641.50-2.000.70-1.00#0.025 #0.020#0.95 #0.95#0.251.3 金相检验弹簧表面脱碳层深度约为0. 04 mm,基体组织为回火屈氏体，属60Si2Mn 钢淬、回火后正常组织,如图45所示&在疲劳断裂源处取纵向截面样检验，可见疲劳断裂源处弹簧表面擦伤部位存在硬化层组织，硬化层组织厚度约为0.02 mm,如图6-7所示&因硬化层是产生于回火屈氏体组织基体上，说明硬化层的形成是发生在弹簧热处理之后的工序&图4弹簧表面脱碳情况（500I ）图5弹簧横向金相组织（500I ）图6疲劳断裂源弹簧表面擦伤处发现存在硬化层组织（箭头所指处）（1001）图7弹簧表面擦伤处硬化层组织（500I ）1.4显微硬度测试对弹簧基体及硬化层进行硬度测试，结果如表2所示&从表2中可以看出，硬化层的硬度值远远高于基体的硬度值&表2弹簧基体及硬化层硬度测试结果测试区域弹簧基体断裂源处硬化层「硬度/HV i957,969,968816,28,016现代冶金第47卷2分析与讨论(1)疲劳断裂弹簧的化学成分符合GB/T1222-2007《弹簧钢》标准对60Si2Mn钢的成分要求&弹簧基体组织为回火屈氏体，属60Si2Mn钢淬、回火后正常组织；弹簧表面脱碳层深度符合技术要求&(2)疲劳断裂弹簧的断裂源位于弹簧外表面,断裂源处弹簧表面有明显擦伤痕迹，说明该处受过外力摩擦;在扫描电镜下观察发现，疲劳裂纹萌生于弹簧外表面擦伤处，疲劳源区未发现存在冶金缺陷&(3)由金相检验得知，在疲劳断裂源处弹簧表面擦伤部位存在硬化层组织，这种硬化层组织是擦伤时产生的形变马氏体，它的形成与该部位受到强烈的挤压和摩擦等因素引起的瞬时高温有关&马氏体硬化层的形成于高碳高合金钢是很常见的，其可在摩擦、磨损或者冲击下的两个接触表面上形成&当弹簧钢丝与其他物体在无润滑条件下产生剧烈摩擦时，摩擦热可使弹簧钢丝局部接触表面薄层在千分之几秒内迅速升温到—平衡相变温度以上;完全可以提供弹簧钢丝表层组织奥氏体化所需的相变温度，使其形成奥氏体&而钢丝表面形成的高温区域#平衡相变温度以上)体积很小，当与钢丝基体进行热传导时能形成很高的温度梯度，这为马氏体相变提供了所需的过冷度，当钢丝局部接触表面薄层在奥氏体化后迅速冷却，则形成不同于常规的马氏体硬化层+13&同时，擦伤产生于钢丝的压应力能有效降低奥氏体化温度，使整个C曲线下移⑷，推迟珠光体转变的时间，也有利于马氏体相变&马氏体硬化层组织的形成是由于转变速度极快，使得奥氏体再结晶的时间比较少，因此硬化层中的马氏体是在变形的奥氏体中形成的，这种组织与通常的马氏体的形貌特征不同；使硬化层中的马氏体具有比基体组织(如弹簧的回火屈氏体)更好的耐蚀性，经常规腐蚀剂4%硝酸酒精浸蚀后在光学显微镜下不易观察到明显的组织形貌，常常呈白色或淡黄色，也称其为“白层”；并且白层形成后往往不连续，厚度较薄,一般在0.01-0.1mm之间，最常见的厚度为0.020.05mm。

60Si2MnA热卷螺旋弹簧端圈裂纹的研究分析

60Si2MnA热卷螺旋弹簧端圈裂纹的研究分析摘要：针对磁粉探伤过程中发现的材质为60Si2MnA的摇枕弹簧端圈产生裂纹的现象，通过对材料的化学成分、裂纹处宏观形貌、裂纹处微观形貌、显微组织、硬度、脱碳、晶粒度、非金属夹杂物等项点的理化检验，综合分析了引起端圈裂纹的影响因素，结果表明，裂纹位置存在非金属夹杂物，且淬火过程受端圈结构影响，端圈淬火应力较大，薄弱的夹杂物位置形成淬火裂纹。

关键词：60Si2MnA 摇枕弹簧端圈裂纹脱碳非金属夹杂物0 引言目前摇枕弹簧产品所用材质主要为硅锰系弹簧钢，60Si2MnA为硅锰系弹簧钢中被广泛采用的一种。

其生产工艺为下料-碾尖-加热卷制-淬火-回火-端面加工-抛丸-压检-探伤-性能检验-喷涂-包装【1】。

在生产过程时规格为Φ40mm的某摇枕热卷螺旋弹簧在磁粉探伤中发现一个弹簧端圈存在裂纹缺陷显示。

1 试样制备及检验方法为查明摇枕弹簧端圈产生裂纹的原因，在裂纹区域进行取样，借助直读光谱仪、金相显微镜、万能硬度计等设备对试样进行分析。

2、检验结果2.1 化学成分在弹簧端圈裂纹处取样进行化学成分分析，化学成分检测结果如表1所示，化学元素含量均在标准规定的范围内，符合弹簧钢标准GB/T1222-2016中对60Si2MnA成分的要求。

表1 化学成分分析结果（质量分数）%2.2 裂纹的宏观形貌端圈裂纹基本沿弹簧纵向开裂，裂纹表面几条裂纹有交叉的现象。

沿弹簧横截面切开后观察到裂纹从表面向心部延伸，弹簧支撑圈裂纹宏观形貌如图 1 所示。

纵向裂纹是淬火时最大切向拉应力超过材料该时抗拉强度发生断裂，常见于完全淬透的情况。

图1 试块截面的宏观形貌2.3 裂纹的微观形貌试样经制样抛光处理，裂纹微观形貌如图1所示，裂纹纹路刚直，穿晶发展，从表面到心部逐渐变细，从微观形貌看该裂纹具有淬火裂纹特征。

(a)表面裂纹微观形貌(b)心部裂纹微观形貌(b)图2 裂纹的微观形貌2.4 显微组织及裂纹形态在裂纹位置取样，用3%硝酸酒精溶液腐蚀，在金相显微镜下观察基体组织为回火屈氏体，如图2(a)所示，裂纹形态及脱碳情况如图2(b)所示，裂纹两侧无脱碳，有少量氧化物，可排除加热卷制前裂纹已产生的可能性。

60Si2Mn弹簧扁钢剪切端部裂纹分析

９５５．６８
５３５．１４５ｏ４－３５
４９５．６９
４２．１０４３．９５
４２．０９
１０．９８Ｉ１．４８
１０．６８
就会在剪切端面形成贯穿中心的横向裂纹。
４改进措施及效果
ห้องสมุดไป่ตู้
屈服强度，
ＲＰａ
５４６．４０５４７－２７
断面收缩率，
ｚ｜％
４０．４１４３．５８
延伸率，
ＡＩ１３，％
ｌ１．９Ｏ１０．７０
１０４１５３
１７７
９９１．２１９６５－３９
纹扩展，发展成端面上的宏观裂纹［１］。其次，根据现场试验发现，剪切温度与裂纹产生有直接关系。在相对较高温度和室温下剪切，都没有发生端部裂纹，这是因为在室温下钢的组织性能已
区间内进行拉伸试验，检测其不同温度下的力学性能，结果见表２；并根据检测数据绘制各力学性能指标曲线，如图４所示。
６Ｏｏｏ
６Ｏｏ０
２５０
３００
Ｏ
Ｏ
倍观察，裂纹边缘存在严重的元素偏析，并且裂纹沿偏析带扩展，这是因为连铸坯偏析严重的部位在中
心位置，而在轧制过程中，越靠近中心部位，金属的变形程度越小，偏析无法有效抑制和消除。巨大的剪

60Si2Mn钢弹簧垫圈早期断裂原因分析

Ａｂｔａｃ：Ｗｈｅｈ０Ｓｉｓｒｔｎｔｅ６２Ｍｎｓｒｎｗａｈｒｗａｔｔｅｔｕｄｒ１０Ｎｏｃｆｒｈａｒａｉｇｉｐｉｇｓｅｓｐｕｏｔｓｎｅ０ｋｆｒｅａｔｅｔｔｅｔｎｅｔ
，ＨＯａｗｉ，ＵＪ．ｔＺＵＤ．ｅ［Ｘｉｆ］ｎｕ・
（．ｎｔｕｅｏｃｎｃｆｔａｓＮｎｂｓｔｔｏｎｉｅｒｇＮｎｂｈｊｎ０，ｈｎ；１Ｉｓｔｆｅｈｉｓｅｌ，ｉｇｏＩｔｕｅｆｇｅｎ，ｉｇｏＺｅｉｇ３ＣｉａｉｔｔｏｍａｒｉｎｉＥｎｉａ１１５６
ｃａｋ。Ｏｎｔｅｂｓｆｉ，ｕｇｅｔｓｍｅｍｅｓｒｓｔｍｐｒｖｔｒｃａｅｏｔｗｅｓｇｓｏａｕｏｉｈｅｏｅｉ。Ｋｅｒｙｗｏｄｓ：ＯＳ２Ｍｎｓｅｌｓｒｎｗａｈｅ；ｎｌｉｎ；ｕｅｃａｅａｂｎｚｔｎ６ｉｔｅ；ｐｉｇｓｒｉｃｕｓｏｓｐｒｉｄｃｒｏｉａｉｉｆｌｏ
有限公司，北京１２０）０４０
摘
要：分析了６Ｓ２０ｉＭｎ钢弹簧垫圈热处理后在规定１０ｋ０Ｎ压力试验时产生开裂的原因。结果
表明：原材料内部夹杂物超标是导致产品在绕弯成形时产生初生裂纹，并在热处理后于规定１００ｋＮ压力试验时产生开裂的主要原因，处理过程中产生的表层脱碳降低了产品产生开裂允许热

60Si2MnA盘条绕簧断裂原因分析

成局部强度明显低于内部正常组织"由于在后道淬火工序中"表面脱碳层达不到所要求的硬度及力学强度"在交变应力作用下容易产生裂纹 ( &F' 在绕簧的过程中 "全脱碳部位若正好位于弹簧的外侧表面 " 且脱碳范围较大时"外侧表面的巨大拉应力会使表面脱碳部位率先形成微裂纹"并导致最终的断簧( 因脱碳会显著降低弹簧疲劳寿命"即使绕簧时未发生断裂"在后续的疲劳试验或使用过程中也会发生早期失效(
第 !" 卷第 # 期 $%&' 年 &% 月
现代冶金
()*+,- (+./001,23
4)05!"6)5# 78.5$%&'
!"#$%&'( 盘条绕簧断裂原因分析
余超王晓兰陆旭霞郭愚
!江苏永钢集团有限公司"江苏张家港$&#"$'#
摘要通过对"%9:$(-; 不同类型的断簧样品进行宏观及微观形貌观察检验并结合盘条及弹簧生产工艺进行了分析分析结果表明盘条表面全脱碳原始表面缺陷机械损伤等是造成绕簧断裂的主要原因对脱碳机理进行了分析根据分析并结合管理因素制订了一系列措施最终较好地解决了绕簧断裂问题
盘条表面处理 !酸洗或机械剥壳 # 磷化皂化拉拔!减径$FBB#感应加热淬火回火水冷涂油收线绕簧回火磨簧喷丸热强压水冷分选上漆包装入库(

60Si2Mn 材质弹条疲劳断裂原因分析

60Si2Mn 材质弹条疲劳断裂原因分析陈培哲【摘要】Through studying the theoretical quality and a fi-nite element quantitative analysis of the fractures in the practical application process of 60Si2Mn material elastic strip,the reasons affecting the elastic strip fracturing are detected.By studying the load condition of 60Si2Mn elastic strip used in rail clips,the maximum equivalent stress con-centration point is coincident with the actual fracturing point.After the field contrast test,the corresponding opti-mization measures,the controlling key points of 60Si2Mn material elastic strip in the process of design and mainte-nance and repair are put forward .%通过对城市轨道交通钢轨扣件中60Si2Mn 弹条在现场实际使用过程中发生断裂现象的理论定性和有限元定量分析研究，确定了影响弹条断裂的原因。

通过研究60Si2Mn 弹条在钢轨扣件中的受力情况可知，其最大等效应力集中点与弹条现场使用实际破坏点相吻合，这是弹条断裂的主要原因之一，而弹条长期处于强度极限条件下工作，最终发生疲劳破坏，为弹条断裂的根本原因。

60Si2MnA弹条断裂失效分析

欢迎访问中国金相分析网您现在位置：失效分析 > 弹簧失效分析返回首相关文章 · · · · · · ·60Si2MnA弹簧断裂分析熊华，史学芳，毛信孚，王旗，王茂林(西安远东公司，陕西西安710077)摘要：分析了化学成分、硬度、显微组织、剩余疲劳寿命，认为断裂是因组织不合格、表面缺陷、脱碳造成的。

通过性能比较，提出了热处理工艺方法，并获得正常的显微组织和良好的综合性能。

关键词：弹簧；淬火马氏体；上贝氏体；屈氏体1 情况简介某厂用宽10mm、厚8mm的60Si2MnA扁钢丝绕制成弹簧，作冲压模具阳模的自动弹起之用。

设计要求使用寿命为10万次以上，实际使用不到1000次就大量断裂。

弹簧热处理工艺：箱式炉850℃油淬+360℃回火，空冷。

最终要求硬度为44～50HRC。

2 原因检查2.1 化学成分及硬度测试取失效弹簧进行化学成分分析，结果其主要合金元素及碳含量符合技术条件(GB1222-84)要求。

取断裂弹簧测其硬度，中心基体硬度为46.5～47.0HRC。

2.2 断口形貌弹簧外被烤漆，宏观断口表面细、光洁，呈灰白色，有明显的块状形面及金属光泽，无明显的塑性变形区；断裂源区位于表面缺陷的锐角处，缺陷长3.5mm、宽1mm、深0.5mm。

源区平坦，裂纹细小且扩展缓慢；扩展区裂纹呈放射状发展，有明显的放射花样及人字纹(图1)；瞬断区粗糙发亮。

对断口进行扫描发现有沿晶二次裂纹，断口微观形貌属沿晶断裂，局部区域有韧窝(图2)。

对其它断件的断口进行扫描，微观形貌相同。

2.3 显微组织截取失效件制备金相试样，用4%硝酸酒精溶液浸蚀，显微组织形貌见图3，为贝氏体组织；表面有明显的脱碳层，呈白色，见图4，外圈白色为低碳贝氏体，硬度低，由外向内，随脱碳程度减弱，硬度逐渐升高。

用FM27型显微硬度计测得单面脱碳层深度为0.4mm。

2.4 热处理工艺及性能2.4.1 力学性能比较根据《热处理工程师手册》的介绍，厂家的热处理工艺与对应的硬度不符，为此，由厂家提供试样进行工艺及力学性能对比试验，其结果见表1。

汽车悬架系统弹簧钢60Si2MnA的断裂失效分析

汽车悬架系统弹簧钢60Si2MnA的断裂失效分析韩晓威;杨晓彩;李爽;戚翠芬【摘要】用箱式电阻炉研究了不同加热温度和保温时间对弹簧钢60Si2MnA脱碳层深度的影响.结果表明:随着加热温度和保温时间的增加,脱碳层深度增加,加热温度1 000℃时,脱碳层最大,而随保温时间的增加脱碳层增加速率变缓.调质处理后试样的疲劳试验结果表明,复合夹杂物和脱碳层的存在导致了试样断裂失效.【期刊名称】《山东冶金》【年(卷),期】2018(040)003【总页数】3页(P45-47)【关键词】弹簧钢60Si2MnA;断裂失效分析;脱碳层;夹杂物;加热温度【作者】韩晓威;杨晓彩;李爽;戚翠芬【作者单位】中钢石家庄工程设计研究院有限公司冶金分院,河北石家庄050021;河北工业职业技术学院材料工程系,河北石家庄050000;河北工业职业技术学院材料工程系,河北石家庄050000;河北工业职业技术学院材料工程系,河北石家庄050000【正文语种】中文【中图分类】TG142.11 前言中国作为汽车第一消费大国，不断刷新全球的汽车产销记录。

如此庞大的汽车需求市场，将显著带动汽车零部件行业的高速发展。

弹簧是车辆悬架系统的重要组合部件，直接决定了车辆在行驶过程中乘客的舒适性和安全可靠性。

而在行驶过程中，弹簧钢会反复受到冲击的弯曲应力、扭转等交变应力，服役条件相当恶劣，这就要求其具有优良的综合性能。

弹簧钢在承受各种载荷时容易发生破坏，提高弹簧钢的性能、了解弹簧钢的失效原因显得尤为重要。

本研究对车辆用弹簧钢60Si2MnA在使用过程的失效方式进行分析，以期为生产高性能弹簧用钢提供一定的理论依据[1-3]。

2 试验材料和方法试验材料为某厂生产的热轧弹簧线材60Si2MnA钢，其主要化学成分如表1所示。

试验分析加热温度和加热时间对铁素体脱碳行为的影响，从而达到控制60Si2MnA的脱碳层厚度和改善其疲劳性能的目的［4］。

表1 试验用60Si2MnA钢化学成分 %C S P 0.58 Si 1.7 Mn 0.76 Cr0.150.010.011 Ni 0.10试验过程以空气为介质，用箱式炉加热，加热温度选择800～1 100℃范围（以50℃为间隔），保温60 min；试验在850、950 ℃下分别保温20、30、60、90 min，试样在不同温度下保温不同时间后空冷，然后测定脱碳层厚度，试验钢加热工艺见表2。

汽车用弹簧扁钢60Si2Mn淬火开裂分析

图 6 2 号样裂纹高倍形貌 500 ×
弹簧扁钢，产品的化学成分见表 2。从加热温度来
2 开裂原因分析与讨论
看，1 号线与 2 号线加热温度接近，产品入介质温度
接近，淬火介质温度也基本相同。1 号线上的产品在
试验中所用的材料为同一炉钢轧制出的同规格淬火后出现裂纹，而 2 号线上的产品未见裂纹。
［5］ Wang Yanlin，Ma Chunying，Xiong Guangyao，Wan Xi-
3 结论
aomei and Xie Feiming． The Shear Cracking Analysis on Thick Section Spring Flat Steel 51CrV4［C］． ISMＲ＇2012，
2）冷却速度过快。因为产品在高温状态下迅速过程中，热应力作用的结果会使工件表面呈压应力状
放入常温的淬火液中，工件表层温度先冷却到 Ms 转态，而组织应力作用的结果会使工件表面呈拉应力状
变温度以下，优先发生马氏体转变。当表层的马氏体态，淬火冷却速度不当，必将引起裂纹。沿工件截面
转变完成或大量转变时，工件心部还没有开始转变。的温度梯度会引起沿界面的组织转变的差异，从而增
Key words： 60Si2Mn； spring flat steels； quenching crack； morphology
0 引言
弹簧是汽车的重要零件之一［1］。弹簧钢在汽车领域用量相当大，由于工作条件恶劣，对弹簧钢的性能要求也十分严格，不仅要有良好的力学性能、疲劳性能、抗弹减性能以及物理化学性能，而且要有高的淬透性，保证整个弹簧截面获