重卡钢板弹簧断裂分析
重型汽车钢板弹簧的断裂失效形式及其材料的应用现状
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板弹簧疲劳断裂原因的分析与改进措施
BL客车后钢板弹簧疲劳断裂原因的分析与改进措施田洪森(机电系,北京100044)摘要:本文通过对BL客车后钢板弹簧断裂断口形状、设计应力、原材料及理化性能等方面的分析,找出造成钢板弹簧疲劳断裂的原因,提出了改进的措施,使该钢板弹簧的疲劳寿命达到日本五十铃公司标准的要求。
关键词:钢板弹簧;疲劳断裂;原因分析;改进措施1问题的提出BL客车是对日本五十铃公司BE22客车技术引进、吸收、消化后的一种轻型客车,该客车后悬挂弹性元件是一变刚度钢板弹簧,该种钢板弹簧的优点是在客车空载、满载状态下呈非线性状态,即悬挂在客车空载、满载状态下接近等频性,从而可以提高客车的平顺性,乘客乘坐舒适性,本文通过分析BL客车后钢板弹簧在设计、试制、试验过程中出现非正常疲劳断裂原因分析,提出了改进措施,使其达到了日本五十铃公司BE22客车后钢板弹簧疲劳寿命的标准要求。
2 BL客车后钢板弹簧的结构BL客车后钢板弹簧为一多片半椭圆形且由主、副簧组成的变刚度钢板弹簧,总片数为12片,其中主簧9片,副簧3片,主片片厚为10mm,其余片厚为9mm,采用的弹簧钢为60Si2Mn,其中3～9片端部压延,使钢板弹簧接近等应力梁。
3 BL后钢板弹簧疲劳试验情况3.1 试验标准:按五十铃公司提供的BE22客车后钢板弹簧疲劳寿命试验标准执行即: 1)按实车状态夹紧;2)变形中心:Fa=58.5mm,Fmax=137mm(2.5G),Fmin=20mm;3)振动频率:60-120cpm;4)从产品中随机抽取三架钢板弹簧;5)疲劳寿命:疲劳循环次数3≥20万次。
3.2 试验设备:钢板弹簧疲劳试验机。
3.3 疲劳寿命试验结果如下:4对钢板弹簧疲劳断裂原因分析根据以上试验结果可以看出,疲劳断裂的簧片均在第7片且同在钢板弹簧的大卷耳端,且位置距钢板弹簧中心螺栓距离也差别不大(138、142、150),说明该钢板弹簧在此处存在规律性疲劳断裂源,而非偶然原因造成的,下面根据疲劳断裂试验结果及设计、生产过程对钢板弹簧疲劳断裂的原因进行分析。
钢板弹簧断裂问题研究
钢板弹簧断裂问题研究
钢板弹簧是一种常用的机械弹簧，具有重要的作用。
但是，在长时间使用过程中，弹
簧易发生断裂，对安全和可靠性将造成严重的影响。
因此，钢板弹簧断裂问题的研究具有
重要的意义。
1. 断裂形式
钢板弹簧通常会发生两种断裂形式：疲劳断裂和过载断裂。
疲劳断裂是由于弹簧长期
受重载振动作用，导致弹簧产生裂纹并逐渐扩展，最终导致断裂。
过载断裂则是由于弹簧
在短时间内受到超过其承受范围的负载而导致的断裂。
2. 断裂原因
弹簧的疲劳断裂往往是由于设计不当、材料质量问题或制造工艺不合理造成的。
例如，过小的直径、过低的初始张力或夹紧面积不足等都可能会导致弹簧的疲劳断裂。
过载断裂
的原因则可能是安全阀设置不合理、过载发生时未能及时停机等。
3. 预防方法
为了避免弹簧的断裂，我们可以从以下几个方面进行预防：
（1）合理设计：应根据实际工作负荷选择弹簧的直径、材料和初始张力等参数，并加强弹簧支撑及补强结构设计。
（2）质量控制：对材料进行严格的检测和筛选，确保使用的材料符合要求，同时控制弹簧制造过程中的工艺参数，保证每一只弹簧的品质稳定。
（3）维护保养：定期检查弹簧的使用状况，发现异常及时处理。
特别是在高温、潮湿、腐蚀等环境下，应更加重视弹簧的保养。
4. 结论
钢板弹簧的断裂会给工程师带来安全和可靠性的隐患。
因此，在设计、制造和维护过
程中需要注意弹簧的使用条件，严格执行相关的规范和与之相应的标准，避免断裂问题的
发生。
同时，也需要提高制造工艺和质量管理水平，确保弹簧的品质和寿命符合设计要
求。
钢板弹簧单边折断
焊接修复是一种常见的钢板弹簧单边折断修复方法，通过将断裂部分焊接在一起，实现修复。
详细描述
焊接修复具有操作简单、成本低廉的优点，适用于小范围、小尺寸的钢板弹簧断裂。然而，焊接过程中可能造成 钢板局部变形，影响钢板弹簧的平整度和刚度。此外，焊接质量受操作人员技能水平影响较大，需要经验丰富的 焊接工人进行操作。
钢板弹簧的断裂会影响车辆的制动 性能，特别是在紧急制动时，可能 导致制动距离延长。
承重能力
钢板弹簧是车辆承重的主要部件之 一，单边折断会降低车辆的承重能 力，影响货物运输和乘坐舒适度。
02
钢板弹簧单边折断原因分析
材料缺陷
01
钢板弹簧材料本身存在缺陷，如 夹杂物、气泡、裂纹等，这些缺 陷降低了材料的力学性能，容易 引发断裂。
道路状况不佳，如颠簸、坑洼等，会导致钢板弹簧承受额外的冲击和振动，从而 增加断裂的可能性。
载荷分布不均
钢板弹簧在承载过程中，如果载荷分布不均，会导致部分钢 板过载或欠载，从而引发断裂。
钢板弹簧的设计不合理，如长度、曲率半径等参数不合适， 也会导致载荷分布不均，增加断裂的风险。
03
钢板弹簧单边折断预防措施
材料质量控制
01
02
03
选用优质材料
确保钢板弹簧所用的材料 质量可靠，具有足够的强 度和耐久性，以降低断裂 的风险。
严格控制材料成分
对材料的化学成分进行严 格控制，确保各成分含量 符合标准要求，以提高材 料的综合性能。
进行材料检验
对采购回来的材料进行质 量检验，确保材料质量符 合要求，防止不合格材料 流入生产环节。
定期维护保养
对钢板弹簧进行定期维护 保养，清除表面污垢、锈 迹和杂物，保持其良好的 工作状态。
钢板弹簧断裂问题研究
钢板弹簧断裂问题研究钢板弹簧是一种常用的机械零部件，在许多工程和行业中都有着广泛的应用。
它具有结构简单、性能稳定、承载能力高等优点，因此受到了广泛关注和应用。
在使用过程中，钢板弹簧断裂问题却是一个常见的隐患，一旦发生，往往会给设备运行安全带来严重风险和损失。
对钢板弹簧断裂问题进行深入研究，寻找问题根源并提出解决方案，对于提高设备的安全性和可靠性具有非常重要的意义。
钢板弹簧断裂问题可能由多种因素引起，从材料的选择和制造工艺到使用条件的环境和负载等，都可能对钢板弹簧的断裂性能产生影响。
需要综合性地对这些因素进行研究，并提出相应的解决方案，以提高钢板弹簧的可靠性和安全性。
以下将对钢板弹簧断裂问题进行深入研究，探讨其可能的原因和解决方案。
一、材料和制造工艺钢板弹簧的材料选择和制造工艺对其断裂性能有着重要的影响。
材料的选取需要符合设备的使用条件和要求，具有足够的强度和韧性以及良好的抗蠕变性能，以保证弹簧在长时间的使用过程中不会发生断裂。
制造工艺需要保证弹簧的内部组织和结构均匀，避免出现裂纹和不良组织，从而影响其断裂性能。
在钢板弹簧的材料选择和制造工艺上，需要进行严格的控制和测试，以确保弹簧具有良好的材料和结构性能。
针对特定的使用条件和要求，也可以针对材料和制造工艺进行改进和优化，以提高弹簧的断裂性能。
二、使用条件和环境钢板弹簧在使用过程中，受到的负载和环境条件也会对其断裂性能产生影响。
在高温或低温环境下，弹簧的材料性能和力学性能可能会发生变化，从而影响其断裂性能。
如果弹簧受到超负荷或过载，也可能导致其断裂。
在设计和使用钢板弹簧时，需要充分考虑设备的使用条件和环境条件，合理选择弹簧的型号和规格，以保证其在实际使用过程中不会发生断裂。
对于特殊环境和负载条件下的弹簧，也可以进行特殊的设计和制造，以提高其断裂性能。
三、预防措施和解决方案针对钢板弹簧断裂问题，可以采取一些预防措施和解决方案，以提高其可靠性和安全性。
重型汽车钢板弹簧断裂失效形式及应用现状
重型汽车钢板弹簧断裂失效形式及应用现状钢板弹簧（Leaf Spring）是广泛用于汽车悬架结构的具有一定弹性的元件，由宽度相等长度不相同的复合金属弹簧片组合而成，该元件各个部位的强度是相等的，可以起到很强的减缓压力的作用，但是钢板弹簧由于长期受到大力压迫导致其在达到一定的承受值后会发生断裂，本文重点分析了钢板弹簧断裂的形式，并提出相关的技术改进方案供相关生产商参考。
标签：钢板弹簧；断裂失效形式；应用现状车辆在正常行驶时，会受到自身振动和外部一定强度的挤压力作用，此时钢板弹簧会压缩从而吸收车辆的动能，将动能转化为弹簧的弹性势能，由此车辆的动能逐渐被转化，避免了巨大的冲击作用，起到很好的缓冲效果，使车辆运行更平稳，操作更流畅，安全性更好。
当钢板弹簧承受的压力过大会发生断裂失效，下面重点分析钢板弹簧断裂的几种形式。
1 钢板弹簧断裂失效的形式1.1 中心孔失效中心孔是钢板弹簧最脆弱的部位，因为钢板弹簧受到力作用时，其所承受的力会共同作用于中心孔，使其发生断裂失效。
其断裂时会产生很多裂纹，其位于孔板的结合处，跨越整板。
经过专业人员研究发现，该种失效是由于螺栓松动，弹簧承受的作用力被汇集到中心孔，中心孔承受力的表面积小，故而力的强度就大，当强度超过一定的值，孔就断裂，导致裂纹，随后弹簧便失效。
1.2 卷耳失效车辆在行驶过程中会不可避免受到各种摩擦力以及外力碰撞作用，此外，司机在驾驶过程中也会出现挂挡力度过大等不规范的操作，如果卷耳和衬套之间过于紧密，会导致发热，变硬等现象，这会使钢板膨胀变大，导致一定的变型，使得弹簧卷上方失效。
当车辆行驶过长时间时，卷耳上已有的些许裂纹会进一步加速断裂，加速弹簧失效的过程。
1.3 腐蚀疲劳钢板弹簧持续受力，而且很多零件露天之后会遭到空气腐蚀，生锈变型，致使弹簧在裂纹处承受力大幅度降低，裂纹便会不断加深，当达到极限时，弹簧便会断裂。
失效的切面看起来像是一系列同心的半圆形，在腐蚀和摩擦的作用下，裂纹外侧变暗。
钢板弹簧失效分析
斯太尔991车钢板弹簧失效分析摘 要：文章针对斯太尔991车发生的进口板簧断裂事故，在分析失效件的基础上，采取有关材料失效分析技术，得出该板簧的早期失效原因，为有效控制产品质量提供了依据。
叙 词：汽车；钢板弹簧；失效分析1 概述重汽公司技术中心质检所在总后试车场进行斯太尔991车3万km道路试验中，汽车在行驶至17491km时，车上装用的进口板簧左前板簧第一片断裂，行驶至19696km时后板簧第一片、第二片断裂。
为查明失效原因，特对断裂件进行了分析。
2 断口宏观观察前簧断在离骑马螺栓中心孔350mm处，在板簧受拉面有两个裂纹源，裂纹源产生在直径约3mm的小坑内；断口具有典型早期疲劳失效特征:具有贝壳纹特征的疲劳裂纹扩展区占整个断面的10%左右，瞬断区占90%左右，如图1所示。
后簧第二片断在包耳开卷处，断口为早期疲劳失效特征，断口附近有多处疲劳裂纹源(如图2所示)，且在断口附近有多条与断口同向深度在0.2mm左右的裂纹。
图1 前簧宏观断口(箭头指裂纹源) 图2 后簧第二片宏观断口(箭头指裂纹源)3 化学成分化学成分检测结果见表1，符合DIN17222中58CrV4的成分要求。
4 硬度检查前后簧布氏硬度测量结果为：前簧HB417，后簧HB411。
5 金相检查(1)前簧在断裂处附近取样，基体为回火屈氏体组织，表面脱碳层深度为0.21mm。
显微硬度检查脱碳层如表2。
在裂纹源小坑处取样，表层为白亮层，白亮层厚度约为0.2mm；对试样进一步腐蚀，经观察得知白亮层为马氏体组织，如图3所示；白亮层显微硬度HV0.2=743，心部基体显微硬度HV0.2=396。
图3 白亮层组织 400×(2)后簧在裂纹附近取样，心部为回火屈氏体组织，表面脱碳层为0.28mm。
显微硬度检验脱碳层，结果见表3。
6 电镜观察及能谱分析利用SEM535、EDAX进行断口及微区成分分析，得知前簧裂纹源有两处存在许多附着物，裂纹源形貌如图4所示；用能谱仪进行定量分析，确定附着物的主要成份为锌元素，裂纹源小坑内有金属熔化流动结晶现象，附近存在很多小裂纹。
变截面钢板弹簧在行驶过程中驾驶员一侧断裂的原因
变截面钢板弹簧在行驶过程中驾驶员一侧断裂的原因哎呀，今天我们聊聊变截面钢板弹簧，听起来挺专业对吧？可别小看它，虽然名字有点拗口，但它在我们的车里可是个重要角色。
这种弹簧的工作原理就像弹弓，能把压力转化为力量，让车在路上舒舒服服地行驶。
不过，驾驶员一侧的断裂，那可是让人心头一紧的事儿。
咱们就来深入探讨一下，为什么会出现这样的情况。
变截面钢板弹簧的设计理念其实是为了适应不同的载荷。
就像咱们买衣服要看尺寸一样，弹簧也得根据车的不同使用情况调整。
不过，有时候这家伙可就“调皮”了，尤其是在行驶过程中。
如果车子长时间在不平坦的路面上颠簸，弹簧就像个被惹怒的孩子，发起脾气来可真是不得了。
再加上，如果载重过大，弹簧承受的压力就像压在肩上的大山，迟早会出现疲劳，最后就可能导致断裂。
再说说这个疲劳嘛，弹簧在承受不断的压力时，就会像人一样累。
反复的压缩和放松，慢慢就磨损了。
想象一下，如果你天天熬夜，哪天总会有崩溃的一刻。
路上那些坑坑洼洼的地方，简直就是给弹簧加码考验。
每次经过时，弹簧都像在过山车，心里不停叫着：“我受不了了！”久而久之，金属的疲劳就会慢慢显现，最后啪的一声，断了。
别忘了焊接和材料的问题。
好的材料可以让弹簧经得起折腾，反之就像拿个塑料袋来过日子，脆弱得很。
制造过程中如果焊接不当，或者材料本身就有缺陷，都是埋下了隐患的“定时炸弹”。
就好比有的人明明是“好料”，结果却因为出身不好，反而给自己惹来麻烦。
开车时如果发现驾驶员一侧的弹簧“惨了”，那可真是晴天霹雳，心里就想着：“这下可完蛋了！”话说回来，驾驶员这一侧断裂影响的可不仅仅是弹簧本身，整个车辆的稳定性和安全性也会受到影响。
你想想，突然失去了一侧的支撑，车子就像个没头苍蝇，左右摇摆，开起来像坐过山车一样，绝对让人心惊肉跳。
再加上，影响刹车的效率，简直让人提心吊胆，生怕下一秒就翻了车。
修复这样的问题可不便宜，没个几千块，心里都觉得难受。
那到底我们应该如何避免这种尴尬情况呢？定期检查车子的悬挂系统，确保弹簧没问题。
某重型汽车后钢板弹簧断裂失效分析
某重型汽车后钢板弹簧断裂失效分析摘要：本文对某重型汽车后钢板弹簧断裂失效进行了分析，通过常见的疲劳断裂和静态断裂两种方式进行实验研究，同时借助有限元分析技术，对弹簧设计参数和工况条件进行模拟计算，并对实验结果进行验证。
总结了弹簧失效的可能原因，提出了改进方案，为后续类似产品的研发和生产提供了有力的参考依据。
关键词：重型汽车，后钢板弹簧，疲劳断裂，静态断裂，有限元分析正文：一、引言钢板弹簧作为重型汽车的重要组成部分之一，对其使用寿命和安全性具有重要意义。
然而，在实际使用中，弹簧的疲劳断裂和静态断裂现象时常发生，不仅给车辆的正常行驶带来不良影响，还可能导致严重事故的发生。
因此，对钢板弹簧的失效机理及预防措施进行深入探究，具有重要的理论和实践意义。
二、实验方法本文选取某重型汽车后钢板弹簧作为研究对象，采用疲劳断裂和静态断裂两种方式进行实验研究。
具体步骤如下：首先，选取标准试件并对试件表面进行处理，以保证试件表面光滑无缺陷。
接着，通过万能试验机对试件进行疲劳载荷测试，记录试件被破坏前的循环次数。
最后，在静载荷下对试件进行断裂实验，测量试件断裂强度和断裂模式。
三、有限元分析为了更好的模拟实际工况下弹簧的变形和应力分布情况，借助有限元分析技术，对弹簧的设计参数和工况条件进行模拟计算。
具体步骤如下：首先，根据实际弹簧的构造和材料参数，建立三维有限元模型。
接着，在预先设定的载荷情况下进行计算，得到弹簧的位移、应力和应变等参数。
最后，将有限元计算结果与实验结果进行对比和验证，并进行优化设计。
四、结论与展望通过疲劳断裂和静态断裂两种实验研究方式以及有限元分析技术，对某重型汽车后钢板弹簧的断裂失效进行了深入分析。
研究结果表明，弹簧断裂的原因可能是由于材料性能不佳或设计和制造不合理等多种因素导致。
因此，建议在材料选择、工艺优化和设计方面进行改进，并加强对弹簧的质量管控，以提高弹簧的使用寿命和安全性。
相信未来针对类似产品的研发和生产，本文的研究成果将为其提供有力的参考依据。
弹簧断裂原因分析报告
弹簧断裂原因分析报告弹簧是一种广泛应用于工业和日常生活中的机械零件，其具有弹性变形和恢复的特性。
然而，有时候弹簧会发生断裂的情况，这可能会导致机械系统的故障或事故发生。
因此，对于弹簧断裂原因的分析非常重要，以便采取相应的预防措施。
弹簧的断裂原因是多样的，以下是一些常见的原因分析：1. 材料质量问题：弹簧制造过程中所选用的材料可能存在质量问题。
例如，材料的强度不符合设计要求，存在缺陷或杂质等。
这些问题可能导致弹簧在使用过程中发生过早的疲劳断裂。
2. 过载或过应力：当弹簧承受超出其承载能力的应力或载荷时，会导致弹簧瞬间失去弹性变形的能力，从而发生断裂。
过载通常是由于设计不当、使用不当或突发的外力冲击等原因引起的。
3. 疲劳断裂：长期重复加载和卸载会导致弹簧的疲劳断裂。
如果弹簧在使用过程中受到频繁的动态应力加载，而弹簧材料的强度和耐久性不够，就容易发生疲劳断裂。
4. 腐蚀或腐蚀疲劳：当弹簧长时间处于恶劣的环境中，如潮湿、高温或有腐蚀性物质的环境，弹簧材料容易受到腐蚀性介质的侵蚀。
腐蚀会损害弹簧的表面或内部结构，导致腐蚀疲劳断裂。
5. 不当安装或维护：如果弹簧在安装或维护过程中受到错误的处理或操作，如过紧或过松的安装、弯曲或扭转过载等，就可能导致弹簧断裂。
此外，缺乏定期检查和维护也可能使弹簧受到磨损或损坏，进而导致断裂。
针对弹簧断裂的原因分析，下面是一些预防和解决措施建议：1. 选择高质量的材料，并确保材料符合设计要求。
2. 严格控制弹簧所承受的应力或载荷，避免过载。
3. 进行弹簧的疲劳寿命试验和使用寿命评估，并根据结果调整设计和使用要求。
4. 在恶劣环境下使用时，采取相应的防腐措施，如表面镀层、材料的选择和密封等。
5. 确保正确的安装和维护程序，并遵循制造商提供的建议。
总之，弹簧断裂的原因可以有很多，包括材料质量、过载、疲劳、腐蚀以及不当安装和维护等。
通过对断裂原因的分析，可以采取相应的预防措施，从而提高弹簧的使用寿命和减少故障风险。
几种钢板弹簧断裂故障的原因分析
关 键词 ： 板簧
断裂
１ Ｊ － 刖 Ｌ ‘ 图 ２中弧高 ｈ减 小 ， 导致骑 马
板 簧 以其 结构 简单 ， 便宜 可靠 等 因素 ， 使 其成
为商 川 乍最 常采 用 的 弹性 元 件 之 … 。 对 于 其 常
见 失 效 形 式—— 断 裂 的原 冈 分 析 就 显 得 格 外 重
螺栓松 动 ，如按 此状 态继续 路 试将会 出现 板 簧断 裂故 障 。
要 。我 仃 Ｊ 结合 以 下几种 故障分 析板 簧断 裂 的主 要
原【 六 】
２ 断裂 故 障分 析
２ ． １ 故 障一 ： 中心 螺栓处 断裂（ 见图 １ ）
５ １ ５ Ｎ ／ ｍ ｍ ２ ， 极 限应 力 ９ ８ １ Ｎ ／ ｍｍ ２ ， 符合 设计 要求 。 且为保 证 主片 的寿命 ， 板簧 各片通 过调 整弧 高 ， 使 主片产 生负 的预应力 ， 如图 ４ 。从 而保证 主片 有更
高 的疲 劳 寿命 ， 不 至 于 出现 主片过 早 断裂 ， 影 响整
角。 ２ ． ２ ． ２ 解决措 施 ：
图 ７ 表面 脱 碳 层
该 板 簧 片厚 为 ８ ｍｍ，按 标 准 Ｇ Ｂ ／ Ｔ １ ９ ８ ４ ４规 定， 脱层 不 应超 过 ０ ． ２ ４ ａｍ， ｒ 但 实 测结 果 为 ０ ． ３ ｍ ｍ。 不符 合要求 ，因此判 断板 簧断 裂的原 因为脱碳 层
车安全 。初步 分析非设 计原 因导致 断裂 。
图 ４ 板 簧 各 片 装 配示 意 图
２ ） 工 艺 因素 ： 经 扫描 电镜 分 析 ， 在 断 裂 起 始
处可 以观察 到一些表 面 凹坑 ， 如 图 ５所示 。
钢板弹簧断裂问题研究
钢板弹簧断裂问题研究钢板弹簧断裂问题的研究主要包括以下几个方面：一、断裂原因分析钢板弹簧断裂的原因非常复杂，主要包括材料、设计、加工、使用和环境等方面的问题。
材料的选择对于钢板弹簧的性能和寿命有着至关重要的影响。
如果材料的硬度、强度、韧性等性能不符合要求，就会导致弹簧出现断裂的问题。
设计方面的问题也是造成断裂的重要原因之一。
如果设计的弹簧尺寸不合理、形状不当、应力集中等问题，都会导致断裂问题的发生。
加工质量不良、工艺不当也会导致弹簧在使用过程中出现断裂的问题。
使用和环境因素也会对弹簧的寿命产生重要影响，如果使用不当或者在恶劣的环境条件下使用，都会加速弹簧的疲劳破坏，导致断裂问题的发生。
二、断裂形式研究钢板弹簧断裂的形式主要包括疲劳断裂和弯曲断裂两种情况。
疲劳断裂是指钢板弹簧在长期交变载荷作用下，由于应力集中和微小缺陷的存在，导致弹簧出现裂纹并最终断裂的一种破坏形式。
而弯曲断裂则是指在过载或者瞬态荷载作用下，弹簧出现了弯曲形变，进而导致其断裂。
了解断裂形式对于找出断裂原因和采取相应的措施具有重要的意义。
三、断裂预测和寿命评估通过对钢板弹簧的工作条件、载荷状况、材料性能等因素进行分析和计算，可以预测弹簧的寿命，并进行寿命评估。
这对于提前发现弹簧断裂的可能性，采取相应的维护和保养措施具有重要的意义。
对于关键的工程结构，也可以通过对弹簧寿命的评估，来指导工程设计和使用。
四、防止断裂的措施为了有效解决钢板弹簧断裂问题，可以从以下几个方面采取措施。
通过优化材料的选择和热处理工艺，提高弹簧的材料性能，防止弹簧出现断裂问题。
对弹簧的设计进行优化，减小应力集中，提高结构的可靠性。
加强制造工艺的管理，确保弹簧在加工过程中得到充分的保证。
对弹簧的使用和维护也非常重要，要求操作人员按照使用说明书的要求进行操作和维护，减小弹簧的疲劳破坏。
通过对弹簧的寿命进行评估，对于预防和减少弹簧断裂问题也具有重要的作用。
钢板弹簧断裂问题的研究对于提高机械设备的安全性和可靠性具有重要意义。
钢板弹簧失效分析数据库经验总结
钢板弹簧失效分析数据库经验总结钢板弹簧提前失效是商用车常见的故障，顾客抱怨和索赔所占比重较大，严重影响公司的声誉和经济利益。
为维护公司声誉和对产品的分析改进，失效分析具有重要意义！钢板弹簧的失效分析没有技术标准可参考，依据的多是行业内各供应商自己积累的经验。
加上主机厂替换后的失效件退回周期长，断口锈蚀磨损严重不清晰，商用车在使用中负载和路况情况复杂，给失效分析带来一定困难。
因此，失效分析很难给予明确的定性结论，也很难得到顾客认可。
鉴于以上两点，失效分析操作者的经验尤为重要！实验中心从16年至18年5月钢板弹簧失效分析共做75份191件，历经四人的工作经历，在钢板弹簧失效分析方面，积累了一定的经验，从中找到了一些规律性的失效模式。
有必要对钢板弹簧失效分析做经验总结和建立数据库，成为公司的技术数据，为公司生产和质量改进、顾客反索赔提供技术依据。
通过统计和分析，对钢板弹簧失效件断口分为如下几种特征：一、从断口来划分：分为断口齐整和断口不齐整（呈锯齿状或高低不平）两种。
从统计看，装车返回的失效件多为断口齐整情况，约占90%；台架疲劳试验件断口多为断口不齐整情况。
分析其原因，笔者认为：装车返回失效件受力状态基本为常温交替疲劳循环，其表现为穿晶断裂，断口齐整；而台架疲劳试验受力状态为受力时间集中，连续受高应力且工作温度高（一般工件可达150-250℃），受力产生的疲劳裂纹沿晶界结合力弱的部位扩展，也就是说台架疲劳试验受力状态为非常温交替疲劳循环，其表现为非穿晶断裂，断口不齐整。
二、从疲劳源来划分：分为一点；两点或三点；多点或台阶纹。
1、一点：断口多为有一点疲劳源，约占65%。
一点在板簧边缘左侧或右侧R角附近最多，在中间部位的少。
2、两点或三点：约占20%，分散分布。
3、多点或台阶纹：约占15%，集中分布，在断口上可看到高低不平平行分布的台阶纹。
三、从断口形成的纹理来划分：这是本数据库经验总结的重要部分，因为不同的受力情况会导致断口形成不同纹理，对于成分、金相、硬度对断口形貌的影响因素很小，可作为相同的理想状态不做分析。
钢板弹簧断裂问题研究
钢板弹簧断裂问题研究在机械设计中，弹簧是一种常用的弹性零件，广泛应用于各种机械装置中。
在使用过程中，钢板弹簧断裂的问题经常发生，给机械设备的正常运行带来严重影响。
针对钢板弹簧断裂问题进行研究具有重要的工程意义。
钢板弹簧断裂主要是由于工作负荷过大、应力集中、疲劳、材料缺陷等原因引起的。
应力集中是钢板弹簧断裂的主要原因之一。
当弹簧受到外力作用时，应力会集中在一些部位，如弯曲处、悬臂处等。
这些应力集中点容易形成应力集中区域，引起断裂。
疲劳是导致弹簧断裂的另一个重要原因。
由于弹簧在工作中会反复受力，这就使得应力在弹簧中不断积累，最终导致材料疲劳断裂。
材料缺陷也是引起弹簧断裂的主要原因之一。
钢板弹簧在制造过程中可能会存在缺陷，如夹杂、气孔等，这些缺陷会导致弹簧在受力时发生局部断裂。
针对钢板弹簧断裂问题，可以从以下几个方面进行研究。
要进行弹簧材料的选择和热处理的研究。
弹簧材料的选择应考虑到强度、韧性、耐疲劳性等因素，以保证弹簧的工作性能。
通过适当的热处理工艺，可以提高材料的强度和韧性，减少材料内部的缺陷。
需要研究弹簧设计的优化。
针对应力集中问题，可以通过改变弹簧的几何形状，如增加弯曲半径、改变横截面形状等，来减小应力集中程度。
还可以通过增加弹簧的工作长度、增大负荷分布面积等方法，来减小应力集中的影响。
然后，要进行弹簧工作负荷的合理分配。
弹簧在工作中会承受不同的负荷，为了减小应力集中，应合理分配工作负荷。
可以通过增加弹簧的数量、改变弹簧的位置等方式，来使得各个弹簧承受的负荷更加均匀。
对弹簧的使用和维护要进行深入研究。
在使用过程中，应对弹簧进行定期检查和维护，及时发现并修理弹簧存在的问题。
还应合理设置安全保护装置，以避免弹簧超负荷工作和断裂。
钢板弹簧断裂问题的研究，可以从材料选择和热处理、设计优化、负荷分配和使用维护等多个方面进行，以提高弹簧的工作性能和可靠性。
这对于保证机械设备的正常运行具有重要的工程意义。
钢板弹簧断裂问题研究
钢板弹簧断裂问题研究钢板弹簧是工程上常用的零部件，它通常用于各种机械设备，汽车和工业设备中。
钢板弹簧的断裂问题一直是一个备受关注的议题。
因为弹簧的断裂不仅会对机械设备的正常运行造成影响，还会对人员和设备造成严重的安全隐患。
对于钢板弹簧断裂问题的研究至关重要。
钢板弹簧断裂问题的研究涉及到多个方面，包括材料性能、设计、制造工艺、使用条件等。
我们需要了解钢板弹簧的材料特性。
钢板弹簧通常采用优质合金钢或碳素钢制造，这些材料具有良好的强度和韧性。
在实际使用过程中，弹簧可能受到多种外部载荷和环境条件的影响，导致弹簧产生应力集中、疲劳裂纹、变形等问题，最终导致断裂。
对于弹簧材料的疲劳性能、断裂韧性等方面进行深入的研究和分析非常重要。
弹簧的设计和制造工艺也是影响其断裂问题的重要因素。
弹簧的设计包括弹簧的结构、尺寸、弹簧常数等方面，而制造工艺则包括材料的加工、热处理等过程。
在设计阶段，需要考虑到弹簧在使用过程中所承受的载荷类型、幅度、频率等参数，以及弹簧的工作温度、环境腐蚀性等因素，来确定合适的设计方案。
在制造工艺方面，需要保证材料的均匀性、表面质量、热处理工艺等，以提高弹簧的材料性能和使用寿命，减少断裂的可能性。
除了材料和设计制造方面的研究外，弹簧的使用条件也是影响其断裂问题的重要因素。
弹簧在工作过程中可能受到动态载荷、冲击载荷、高温、腐蚀等影响，这些都可能导致弹簧发生疲劳或塑性变形，最终导致断裂。
对于弹簧在实际工作条件下的研究和测试也是十分必要的。
通过模拟实际工作条件下的载荷，观察和分析弹簧的工作状态并进行寿命测试，可以更好地了解弹簧在实际使用中的表现，为预防断裂问题提供依据。
钢板弹簧断裂问题的研究还需要综合考虑材料、设计、制造、使用等多个方面因素，以及应用理论、实验研究和数值模拟等手段。
通过理论分析和实验验证，可以更深入地了解弹簧的工作原理和性能表现，发现潜在的问题并提出改进方案。
数值模拟技术可以帮助工程师们更好地理解弹簧的受力分布、应力集中区域等情况，为弹簧的设计和优化提供依据。
汽车钢板弹簧断裂失效分析
汽车钢板弹簧断裂失效分析钢板弹簧,又称叶片弹簧,是汽车悬架的重要组成部件,主要用于载重汽车及大客车的前后悬架上。
汽车行驶的平顺及操纵稳定性均受到钢板弹簧的影响。
钢板弹簧在汽车行驶时受交变应力的作用,疲劳断裂是常见的失效形式。
断裂钢板弹簧材料为60CrMnA,经850～870°C加热淬火,440～460°C回火,喷水冷却,表面喷丸处理(采用?0.8～1.2mm铸钢丸,以4m/s速度喷射)。
对成品进行疲劳试验,3万次后断裂,而设计寿命要求达6万次。
2试验方法及结果2.1宏观分析从断裂钢板弹簧的宏观形貌可知,断口具有疲劳断裂的特征,疲劳源位于受拉应力的一侧,裂源处有多条台阶条纹由表及里扩展。
这种台阶条纹反映了疲劳源处存在应力集中。
2.2扫描电镜断口分析用XL-30扫描电镜观察断口,低倍下可观察到裂纹源形成于弹簧表面的凹坑处,断口上有多个疲劳源,裂源处有多条放射状台阶条纹。
在断口裂纹扩展区可观察到疲劳辉纹。
2.3化学分析在失效钢板弹簧上取样进行化学成分分析,结果符合标准。
2.4硬度检验由断口分析可知,钢板弹簧属疲劳断裂。
从疲劳区和瞬断区的面积看,疲劳区面积大于50%,说明钢板弹簧在工作应力作用下裂纹扩展较深,名义应力并不高,但在裂源处却有多条台阶条纹。
在疲劳断口上出现多条台阶条纹则表明有应力集中存在。
当表面存在缺口、凹坑、尖角等缺陷时就可能产生应力集中而形成台阶条纹,且出现多个源疲劳。
对弹簧表面观察的结果表明,弹簧表面存在较多喷丸形成的凹坑,有些凹坑呈尖角状。
断口分析和金相剖面分析结果均表明疲劳裂纹起始于凹坑底部,并检测到多处疲劳源和裂纹。
金属疲劳裂纹的形成主要是由于在交变载荷应力作用下(通常为拉应力),在金属表面产生不均匀的滑移,因此裂纹常产生在构件的表面,所以构件的表面状态对疲劳强度影响很大。
表面质量包括表面残余应力和表面粗糙度。
表面损伤如刀痕、凹坑、缺口等,这些缺陷处易产生应力集中,使疲劳强度下降。
载货汽车钢板弹簧断裂分析
载货汽车钢板弹簧断裂分析张喆长春一汽集团汽车材料研究所，长春市 130011摘要：对工作中遇到的导致钢板弹簧断裂的多种原因进行了总结，探索了提高钢板弹簧疲劳寿命切实可行的有效方法。
关键词：钢板弹簧；失效分析钢板弹簧是载货汽车悬架的重要组成部件，作为车轮运动轨迹的导向机构，使用底盘受力情况较好，是直接影响着汽车行驶的平顺性和操纵的稳定性。
在汽车行驶过程中，钢板弹簧承受交变应力的作用，疲劳断裂是常见的失效形式。
我厂设计生产的J6、J5P 、L501等系列车型的前后悬架上都使用了钢板弹簧，其疲劳寿命对整车质量有着重要的影响。
作者承担了技术中心的钢板弹簧断裂分析工作，本文对工作中遇到的导致钢板弹簧断裂的多种原因进行了总结，探索了提高钢板弹簧疲劳寿命切实可行的有效方法。
1．钢板弹簧材料标准和断裂分析依据我厂载货汽车使用的钢板弹簧材料主要有50CrMnVA 、50CrVA 、60Si2MnA 、55SiMnVB 等，具有高强度和高可靠性，其性能和工艺性能见表1。
表1 普通弹簧钢力学性能热处理制度力学性能 伸长率 δ% 钢材牌号淬火温度 （℃）回火温度 （℃）屈服点 бS ( MPa) 抗拉强度бb ( MPa) δ5δ10收缩率ψ%50CrV A 850 油 500 1150 1300 10 40 55SiMnVB 860 油 460 1250 1400 5 30 60Si2MnA 870 油 440140016005 20作者工作过程中接触到了许多种类的断裂情况，其中既有在台架试验过程发生断裂，也有在道路试验过程中以及用户使用过程中发生断裂。
目前，我们主要采用化学分析、断口分析以及金相检验等方法对断裂的钢板弹簧进行失效分析。
分析检验主要按照下列标准进行： GB/T 19844-2005《钢板弹簧》、GB/T 1222-1984《弹簧钢》、JB/T 3782-1984《钢板弹簧金相检验标准》以及一些我厂的内部标准。
汽车钢板弹簧断裂分析方法
到较大 应力， 最终导致硬度低 的区域发生 早期失 效， 从而导致断裂 。
２ 、 金 相分 析
象， 在排除设计原 因导致产 品强度 不够导致断裂 的前提 下 ， 为 查找到断裂 的根本原因对其分析 过程进行 详细诠释 。
一
金相组织 是指金属组织 中化学成分 、晶体 结构和物理 性能相 同的组 成， 我们通常说说的金相 泛指晶体 结构和 物理性能相 同的组 织。板 簧通过
３ 、 脱 碳 层 分 析
型螺栓夹紧 的范围内， 此段通称为无效段 ， 因 ｕ型螺栓夹紧 后此段不受到 任何力 的作用 ， 但 是当 Ｕ型螺栓夹紧段发生松动 后， 此段将 后受到外部传
来的应力， 而 中 心 孔 位 置 本 身 就 是“ 缺 陷’ ， ｆ 立 置， 故 会 产 生 应 力 集 中， 从 而 导
板簧经热 处理后， 每边总 的脱碳层 （ 全脱 碳＋ 标 准脱碳） 深度 不应超过 下表的要求， 否则会影响到板簧的疲劳寿命。 通过热处理 的硬度 、 金相 、 脱碳层分析 ， 可 以知道 板簧在热处理 时是否 正常， 产 品热处理结果是否合格 ， 从而确定板簧断裂 的主要原因 。 热处理不 合格势 必会导致板簧疲 劳寿命受到影 响， 从而导致 板簧早 期断裂 ， 而热 处 理 不合 格 的 原 因 无 非 是 从 热 处 理 工 艺 的 加 热 、 保温 、 冷 却 及 冷 却 方 式 等 查 找， 因热处理过程 是一个 即复杂又简单 的过程 （ 复杂在 内部组织 的转 变 ， 简 单 在看似 温度 、 时间的设定） ， 故在很多生 产过 程中稍有不注 意就 会发生 问 题， 所 以热处 理问题 也是板簧断裂 常发 生问题 的根源 。
淬 火 后 得 到 我 们 需 要 的 马 氏体 组 织 ， 马 氏 体 组 织 在 通 过 回火 得 到 最 终 需 求
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重卡钢板弹簧断裂失效分析
白培谦 泮战侠 慕松 赵鹏英 杜飞
（陕西汽车集团有限责任公司质量管理部，陕西西安，710200）
摘 要：通过宏观检查、化学成分分析、硬度测试以及微观组织检查等结果分析，确定了重型卡车用钢板弹簧断裂原因。
分析结果表明：因超载使钢板弹簧出现过度反弓，造成板簧卡中的螺栓与钢板弹簧动态接触，发生磨损腐蚀现象，在过大的交变应力下出现疲劳断裂。
并提出了防止其发生断裂事故的预防措施。
关键词：钢板弹簧；磨损腐蚀；交变应力；疲劳断裂
Fracture Failure Analysis of Heavy Truck Leaf Spring
Bai Pei-qian, PAN Zhan-xia, Mu Song, Zhao Peng-ying, Du Fei,
(1.Shaanxi Automobile Group Co., Ltd. Quality Management Department, Xi ’an 710200, China ) Abstract:The fracture cause of heavy truck leafspring is researched by macrography, chemical composition analysis, hardness test and microstructure test. The research shows that leaf spring excessive inverse arch-shaped for overload causes Frictional Contact between plate spring bolt and leaf spring and erosion corrosion and the leaf spring is broken for fatigue fracture Under alternating stress. In the paper the measures of preventing leaf spring fracture accident is put forward.
Key words: leaf spring; erosion corrosion; alternating stress; fatigue fracture.
钢板弹簧是汽车悬架中重要的弹性元件，主要影响汽车行驶的平顺性和操纵的稳定性，在车辆行驶过程中起到缓冲减振的作用。
同批次某矿山用短途重载卡车行驶约六千公里后发生四起钢板弹簧断裂事故。
断裂钢板弹簧材料为50CrV A ，其生产工艺为：下料→钻孔→卷耳→淬火→回火→喷丸→装配→预压→喷漆。
为了查明钢板弹簧断裂原因，对断裂失效件进行检查分析。
1 检查与结果
1.1 宏观检查
断裂发生在前钢板弹簧组第一片后侧板簧卡附近，见图1（a ）箭头所示位置，距吊耳孔中心约26cm 处，断口侧表面可见明显磨损腐蚀痕迹，见图1（b ）所示。
在体视显微镜下观察钢板弹簧侧表面磨损腐蚀区域发现：断口侧表面磨损腐蚀区域呈现红褐色，仔细观察存在大量裂纹，且出现腐蚀坑，见图2。
（a ） (b)
图1 断裂位置及外观
Fig.1 the fracture position and appearance
收稿日期：
图2 磨损腐蚀区域
Fig.2 The region of the erosion corrosion
观察断裂钢板弹簧断口形貌可知：断面基本垂直于板簧纵向，有剪切唇，断口上可见多处裂纹源均位于板簧受拉应力一侧，裂纹扩展区有明显的弧线状贝壳纹，具有典型的疲劳断口特征。
疲劳扩展区面积较小，约占断口面积的1/10，瞬断区面积较大，表明该板簧服役时承受了较大的载荷，见图3。
图3 断口宏观形貌
Fig.3 the fracture macroscopic feature
1.2 断口微观检查
图4为钢板弹簧断口中裂纹源区在扫描电镜下的形貌，明显可见裂纹起源于磨损腐蚀部位的腐蚀坑处。
用能谱仪对腐蚀坑处的腐蚀产物进行分析，其分析结果见图5。
能谱分析结果表明：断裂钢板弹簧裂纹源区腐蚀产物主要为氧化物和氯化物。
图4 裂纹源处微观形貌
Fig.4 the micro-morphology on the crack source 作者简介：白培谦（1965-），男，正高级工程师。
图5 腐蚀层能谱分析图
Fig.5 the energy spectrum diagram of the corrosion layer
钢板弹簧断口中裂纹扩展区已被氧化腐蚀，在电镜下除观察到二次裂纹外，其余微观特征无法辨别，见图6。
瞬断区微观特征为解理+准解理+沿晶，见图7。
图6 裂纹扩展区微观形貌
Fig.6 the micro-morphology on the crack extension zone
图7 瞬断区微观形貌
Fig.7 the micro-morphology on the fast fracture area
1.3 硬度检查
在失效钢板弹簧断口附近取样，测量其基体平均硬度为420HBW，检测结果符合相关技术要求。
1.4 化学成分检查
在失效钢板弹簧上取样进行化学成分分析，结果符合GB/T1222-2007标准中50CrV A材
质要求，见表1。
表1 钢板弹簧的化学成分(%)
Tab.1 the chemical constituents of the leaf spring
项目 C S Si Mn P Cr V
实测值0.52 0.014 0.28 0.62 0.020 0.87 0.13
标准值0.46~0.54 ≤0.025 0.17~0.37 0.50~0.80 ≤0.025 0.80~1.10 0.10~0.20 1.5 金相检查
在板簧断裂处附近进行微观检查。
该处表面无脱碳现象，见图8，基体组织为较粗的回火屈氏体，4级，见图9，检测结果符合相关技术要求。
图8 表面组织200X 图9 基体组织500X Fig.8 the surface microstructure 200 X Fig.9 the matrix structure 500X
2 分析讨论
理化检测结果表明断裂钢板弹簧材质、硬度、基体组织均符合相关技术要求。
断口宏观和微观检查结果表明断裂钢板弹簧失效形式为磨损腐蚀引起的多源疲劳断裂，其疲劳断裂的过程是微动磨损、氧化及腐蚀、交变应力等综合作用的过程。
产生这种失效模式的原因是：车辆在服役过程中因超载产生过大的弯曲应力，钢板弹簧出现过度反弓现象，造成板簧卡螺栓杆与钢板弹簧组第一片簧发生摩擦接触，第一片钢板弹簧油漆涂层脱落后，其面上裸露出的金属与空气接触发生氧化反应，形成氧化铁等反应产物，该氧化产物强度低在螺栓杆与第一片钢板弹簧继续摩擦时会从表面剥离下来或破碎，钢板弹簧表面形成凹坑，出现应力集中点。
钢板弹簧在汽车行驶时受交变应力的作用，在交变载荷作用下，磨损区域应力集中点易出现疲劳微裂纹，在交变应力作用下微裂纹不断扩展，某些裂纹在扩展中合并为一主裂纹；同时，磨损过程中形成的腐蚀物及腐蚀介质（空气、水等），也会逐渐渗入裂纹内部，像一个楔子一样嵌入微裂纹内部，使裂纹尖端的应力强度因子幅加大，并伴有化学作用，使裂纹进一步扩大，在裂纹稳定扩展区出现大量腐蚀坑，并使钢板弹簧疲劳寿命下降；最终导致钢板弹簧在过大应力下发生断裂。
为了防止出现此类钢板弹簧断裂事故，应在工作中避免出现过大的弯曲应力造成钢板弹簧反弓后与板簧卡中的螺栓杆接触摩擦。
在汽车行驶时应按设计重量进行承载，避免出现长期超载；同时在行驶中应避免频繁使用紧急制动，防止由于惯性力的作用，车辆的重心前移，使钢板弹簧受到过大的弯曲应力和拉应力。
3 结束语
通过对断裂钢板弹簧进行理化分析，确认了其断裂原因为超载使钢板弹簧出现过度反弓，造成板簧卡螺栓与钢板弹簧动态接触，发生磨损腐蚀现象，在过大的交变应力下出现疲劳断裂。
并在分析钢板弹簧断裂机理的基础上提出了防止其发生断裂事故的预防措施。
参考文献：
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