高强度变截面板弹簧失效分析及对策
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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图 １
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２ ． ２ 板 簧卷耳失效
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２ ． １ 中心孔失效
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基于ABAQUS某车型钢板弹簧断裂失效分析及解决方案
,
考虑 黄片间 的 非线性接 触
.
,
建 立 了钢 板弹赞装 配及 加 载状
,
态 的精确 有 限元 模型
通 过分析计 算得到钢 板弹黄接 近 实 际工况 的应力分布 和 弹赞刚 度
,
并 对 比试 验 数据
,
从 板 赞失效 的角度考 虑
提 出 了更 改方 案
,
为结构 改进提 供 参考 接触 分 析
关健词 : 钢板 弹黄; 有 限 元分 析 ;
。
前 面 提到 由 于 收敛 性 的原
,
因 主 簧 刚 度 与 试 验值 会有 较 大 的差 别
当 副 簧 与主 簧 完全 接触 之 后
试验 与 仿真数 据对 比
载荷 由二 者共 同承 担
。
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1
引言
汽 车钢 板 弹簧 是 汽车 的关 键 减振 元 件
,
其 主 要 功 能 是 作 为 悬 架 系统 的 弹 性元 件 起 吸振和
4 ) 最 大应 力 为 9 6 3 M Pa (见 图 1
图1 2
刚刚 接 触 状态 主 簧 的 应力 图
汽车中的板簧的断裂失效分析
材料断裂理论与失效分析汽车中的板簧的断裂失效分析专业：材料工程（锻压）类型：应用型姓名：***学号：15S******汽车中的板簧的断裂失效分析引言汽车板簧是汽车悬架系统中最传统的弹性元件，由于其可靠性好、结构简单、制造工艺流程短、成本低而且结构能大大简化等优点，从而得到广泛的应用。
汽车板簧一般是由若干片不等长的合金弹簧钢组合而成一组近似于等强度弹簧梁。
在悬架系统中除了起缓冲作用而外，当它在汽车纵向安置，并且一端与车架作固定铰链连接时，即可担负起传递所有各向的力和力矩，以及决定车轮运动的轨迹，起导向的作用，因此就没有必要设置其它的导向机构，另外汽车板簧是多片叠加而成，当载荷作用下变形时，各片有相对的滑动而产生摩擦，产生一定的阻力，促使车身的振动衰减，但是板簧单位重量储存的能量最低，因些材料的利用率最差。
1. 材质是什么？65Mn/低碳钢哪一类合适？材质一般为硅锰钢。
因为碳素弹簧钢因淬透性低，较少使用于汽车中；锰钢淬透性好，但易产生淬火裂纹，并有回火脆性。
因此，硅锰钢在我国应用在汽车的板簧上较为广泛。
65Mn 钢更为合适，因为：低碳钢为碳含量低于0.25%的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，又称软钢。
它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢，大多不经热处理用于工程结构件，有的经渗碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。
低碳钢退火组织为铁素体和少量珠光体，其强度和硬度较低，塑性和韧性较好。
因此可以看出，低碳钢不符合板簧材料高强度和高硬度的要求。
65Mn弹簧钢，含有0.90%~1.2%的Mn元素，提高了材料的淬透性，© 12mm 的钢材油中可以淬透，表面脱碳倾向比硅钢小，经热处理后的综合力学性能优于碳钢，但有过热敏感性和回火脆性。
Mn 是弱碳化物形成元素，在钢中主要以固溶的形式存在于基体中。
一部分固溶于铁素体（或奥氏体），另一部分形成含Mn的合金渗碳体（Fe、Mn ）。
Mn还能显著提高钢的淬透性，改善热处理性能，强化基体、降低珠光体的形成温度，细化珠光体的片间距离，从而提高钢的强度和硬度。
弹簧垫的失效原因分析及改进设计
第9卷第6期南方职业教育学刊Vol.9No.62019年11月JOUＲNAL OF SOUTHEＲN VOCATIONAL EDUCATIONNov.2019收稿日期：2019－09－10基金项目：广州市科技计划项目（2014FH000014）作者简介：陈舒萍（1972—），女，湖南浏阳人，广州铁路职业技术学院副教授，硕士，研究方向为机电设备安装方面的教学和科研。
弹簧垫的失效原因分析及改进设计陈舒萍（广州铁路职业技术学院，广东广州510430）摘要：为解决生产线上称重装置弹簧垫的失效问题，对弹簧垫的受力进行了数值模拟。
得到的线弹性变形近似分析结果表明，零件内两内圆角处的最大应力已超过材料的屈服应力；对弹簧垫与底座整体受力进一步详细分析结果表明，零件内两内圆角处已产生了塑性变形，过大的应力和变形显著降低了零件的疲劳强度，是造成零件失效的直接原因。
改进设计中，将零件悬臂受力的结构形式改为两端固支的板梁结构，能大大降低零件的应力，显著提高零件的使用寿命。
关键词：弹簧垫；数值模拟；失效分析中图分类号：TH114文献标志码：A文章编号：2095－073X （2019）06－0077－041问题的提出自动生产线是由工件传送系统和控制系统将一组自动加工机床和辅助设备，按照工艺顺序联接起来，自动完成产品全部或部分制造过程的生产系统。
生产线上零件的可靠性对生产线的正常运行、维修和管理都具有重要影响［1－2］。
如图1所示为一弹簧垫，材料为65Mn ，热处理硬度为HＲC47，用作螺旋扭带生产线上称重装置的弹性底座，图1中A 位置球面上承受50kg 压力的周期载荷，载荷频率为每分钟19次。
工作过程中，弹簧垫的使用寿命一般不到2万次，主要失效形式是在图1中B 和C 线附近部位产生裂纹而断裂，B 处断裂占大多数。
弹簧垫的使用寿命相对很短，严重影响了生产线的正常使用。
因此，进行弹簧垫零件的受力分析，找到零件失效的原因，提出解决方案，对保证生产线的稳定正常运行具有重要意义［3－4］。
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。
弹簧断裂失效分析
测试报告报告编号：绍质测2015-013测试对象委托单位 诸暨市裕荣弹簧有限公司绍兴市质量技术监督检测院1、 本 报告无 本 单 位 “测 试专用 章 ”无效 。
效Jh 2017T5A21H t Si£I 宵 术 fi|g«X弹簧2、复制本报告未重新加盖本单位“测试专用章”无效。
3、本报告无测试人员、签发人员签字无效。
4、本报告涂改无效。
5、对测试报告有异议，应于收到本报告起十五日内向我院申请复验。
通讯资料地址：绍兴市袍江新区世纪东街17 号邮政编码：312071电话：8传真：0投诉电话：2网址：绍兴市质量技术监督检测院测试报告一.情况说明诸暨市裕荣弹簧有限公司（以下简称裕荣）生产的弹簧，在使用8年后的一次检修过程中发现断裂。
为分析该弹簧断裂的原因，裕荣委托我院对该弹簧进行失效分析，分析其断裂原因。
二.测试过程（一）、失效分析对象描述及作业时间：1、失效分析对象：此次失效分析样品如图1、2所示，图1为裕荣提供的失效弹簧件, 图2为裕荣提供的失效弹簧件的断裂失效断面。
）H n 13 14 15 16 17 18 19 -八图1.失效弹簧件图2.断裂失效断面2、作业时间：2015年2月25日〜2016年3月15日（二）、测试依据:GB/T 1222-2007《弹簧钢》，GB/T 224-2009《钢的脱碳层深度测定法》，GB/T 1239.2-2009《卷圆柱螺旋弹簧技术条件第2部分：压缩弹簧》等。
（三）、测试方法：1、化学成分分析：按照标准GB/T 1222-2007《弹簧钢》的进行检验、判定；2、断口扫描电镜分析：使用扫描电镜观察断口形貌，判断断裂种类；3、金相分析：通过对金相试样显微分析判断断口处与母材处金相组织；4、弹簧尺寸测量：使用游标卡尺对弹簧丝直径，弹簧内径，外径和节径测量。
三、测试结果（一）、化学成分分析裕荣公司提供弹簧失效工件的化学成分分析结果列于表1。
从表1可知，断口附近材料的化学成分符合GB/T 1222-2007《弹簧钢》对牌号60Si2 MnA弹簧钢材料的要求，说明材料性能未发生弱化。
弹簧失效的原因分析
弹簧失效的原因分析弹簧失效的原因分析弹簧失效的原因分析一、佛山弹簧分解弹簧永久变形及其影响因素弹簧的永久变形是弹簧失效的主要原因之一弹簧的永久变形，会使弹簧的变形或负荷超出公差范围，而影响机器设备的正常工作。
检查弹簧永久变形的方法1.快速高温强压处理检查弹簧永久变形：是把弹簧压缩到一定高度或全部并紧，然后放在开水中或温箱保持10～60分钟，再拿出来卸载，检查其自由高度和给定工作高度下的工作载荷。
2.长时间的室温强压处理检查弹簧永久变形：是在室温下，将弹簧压缩或压并若干天，然后卸载，检查其自由高度和给定工作高度下的工作载荷。
二、弹簧断裂及其影响因素弹簧的断裂破坏也是弹簧的主要失效形式之一弹簧断裂形式可分为；疲劳断裂，环境破坏（氢脆或应力腐蚀断裂）及过载断裂。
弹簧的疲劳断裂：弹簧的疲劳断裂原因：属于设计错误，材料缺陷，制造不当及工作环境恶劣等因素。
疲劳裂纹往往起源于弹簧的高应力区，如拉伸弹簧的钩环、压缩弹簧的内表面、压缩弹簧（两端面加工的压缩弹簧）的两端面。
受力状态对疲劳寿命的影响（a）恒定载荷状态下工作的弹簧比恒定位移条件下工作的弹簧，其疲劳寿命短得多。
（b）受单向载荷的弹簧比受双向载荷的弹簧的疲劳寿命要长得多。
（c）载荷振幅较大的弹簧比载荷振幅较少的弹簧的疲劳寿命要短得多。
腐蚀疲劳和摩擦疲劳腐蚀疲劳：在腐蚀条件下，弹簧材料的疲劳强度显著降低，弹簧的疲劳寿命也大大缩短。
摩擦疲劳：由于摩擦磨损产生细微的裂纹而导致破坏的现象叫摩擦疲劳。
弹簧过载断裂弹簧的外加载荷超过弹簧危险截面所有承受的极限应力时，弹簧将发生断裂，这种断裂称为过载断裂。
过载断裂的形式(a)强裂弯曲引起的断裂; (b)冲击载荷引起的断裂; (c)偏心载荷引起的断裂佛山弹簧后处理的缺陷原因及防止措施缺陷一：脱碳对弹簧性能影响：疲劳寿命低缺陷产生原因：1、空气炉加热淬火未保护气2、盐浴脱氧不彻底防止措施：1、空气炉加热淬火应通保护气或滴有机溶液保护：盐浴炉加热时，盐浴应脱氧，杂质BAO质量分数小于0.2％。
弹簧的失效分析与预防~参考！
弹簧的失效分析与预防~参考！弹簧是一般机械不可缺少的零件，它在工作过程中起到缓冲平衡、储存能量、自动控制、回位定位、安全保险等作用。
弹簧在使用过程中常因各种原因导致失效而引起机械故障。
为此，有必要讨论引起弹簧失效的原因及预防措施。
导致弹簧失效的主要因素有材料缺陷，加工制造缺陷，热处理不当，表面处理不当，工作环境因素等。
通过对21个弹簧失效案例的汇总分析，弹簧表面缺陷，包括碰撞磕痕、微动磨损、凹坑等造成弹簧失效的比例最大，占50%；另外还有裂纹占有20%；夹杂、疏松13%；脱碳、热处理、表面强化分别占3%左右。
弹簧失效可由一种原因引起，也可由几种原因因素综合作用所致。
因此，对弹簧的失效分析必须先对实例的失效现象进行种种调查分析，弄清楚其失效模式，然后找出其失效的原因因素，从而提出改进措施1、弹簧原材料引起的弹簧失效:（1）由于钢的冶炼方法不同，会使钢中存在不同程度造成弹簧早期疲劳失效的夹杂物，夹杂物过量或尺寸过大，均匀度不好都会影响材料的力学性能，容易早期疲劳失效。
实例：某公司一件型号为SY6480（Ф22mm）的车辆悬架用扭杆弹簧，在新车出库时便发生断裂，分析认为断裂起源于弹簧亚表面存在的一个粗大脆性夹杂物（如图1，图2(图1的放大图)）。
预防措施：弹簧材料必须有优良的冶金质量，如严格控制化学成分、高纯净度，较低夹杂物含量，同时还要求材料成分和组织的均匀性和稳定性。
为了降低钢中有害气体和杂质元素，提高钢的纯净度，应采用真空冶炼及电渣重熔等精炼技术。
（2）轧制过程可能引起的缺陷：残余缩管及中心裂纹；折叠缺陷（如图3）；线状缺陷、划痕；表面锈蚀坑；过烧、桔皮状表面、麻坑；这些都可能导致弹簧失效。
所以钢厂应尽量避免和消除轧制过程中产生的缺陷，弹簧厂应加强对弹簧原材料质量检查，尽量采用表面质量好的材料。
冷成形螺旋弹簧在卷簧时由于卷簧过程中工艺装备不良或调整操作不当会产生弹簧的表面缺陷。
如自动卷簧机上切断弹簧时切刀就有可能插伤邻近弹簧圈钢丝的内表面。
基于汽车钢板弹簧断裂失效研究
基于汽车钢板弹簧断裂失效研究摘要：汽车是我们日常生活中常见的一个交通工具，为人们出行提供了很多便捷，而钢板弹簧是汽车悬架系统中的重要零件，倘若其出现问题，会对驾驶人员带来一定的影响。
其中致使汽车钢板弹簧断裂失效的原因，也来自方方面面，本文则主要针对弹簧断裂失效的主要形式进行了分析，同时也提出一些可行的改进方法，希望以此来确保钢板弹簧处于有效状态，这不仅可以保障车辆的安全性和可靠性，也可以极大的降低安全事故的发生概率。
关键词：汽车；钢板弹簧；断裂失效；研究前言：社会经济的发展促进了我国汽车行业的发展，而汽车也成为人们生活中不可缺少的一部分。
通常情况下，车辆在正常行驶时，会受到自身震动或者是外部因素的影响，而致使钢板弹簧出现一些问题，其中当应力超过钢板弹簧自身承受能力时，就会出现断裂而失效，这难以保障驾驶人员的生命安全。
因为作者多年从事钢板弹簧的质量检测及失效分析，所以根据自身工作经验提出几点改进方法，希望以此来尽量避免钢板弹簧断裂失效问题的出现，切实保障驾驶人员的生命安全。
1.汽车钢板弹簧断裂失效主要形式1.中心孔失效现阶段，汽车钢板弹簧断裂失效的形式很多，具体从以下进行分析。
第一，中心孔失效，中心孔本身就是钢板弹簧最为脆弱的部分，一旦其失效，就会导致车辆过程中出现诸多问题，严重者还会引发安全事故[1]。
致使中心孔失效的原因，可能是由于螺栓松动，造成弹簧承受的作用力被汇聚到中心孔，也可能是由于其他原因，比如：当中心孔的承受力的表面积变小时，也会致使其产生裂纹，此时的钢板弹簧会失去作用，这会影响到汽车的正常行驶，针对此类问题我们要采取措施进行处理。
1.板簧卷耳失效板簧卷耳失效，也是汽车钢板弹簧断裂失效的一个主要形式，他对驾驶人员所带来的影响也比较大。
汽车在行驶过程中难免会遇到各种摩擦力或者是外力的碰撞作用，导致板簧卷耳处于失效的状态，致使此类问题出现的原因，我们从以下分析：第一点，可能是由于驾驶人员在驾驶过程中因操作不规范，例如急停或快速换挡引起汽车非正常窜动，长期之后会致使板簧卷耳处于失效状态，很难保障车辆运行的平顺性。
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。
高强度变截面板弹簧失效分析及对策
丸，提高疲劳寿命‘３｜。
北京：机械工业出版社，１９鼹－
１８２
《金属热处理》２００８年第３３卷第８期
万方数据
高强度变截面板弹簧失效分析及对策
作者： 作者单位：
刊名： 英文刊名： 年，卷(期)：
蔡璐， 王磊， CAI Lu， WANG Lei 蔡璐,CAI Lu(南京工程学院,材料学院,江苏,南京,211167)， 王磊,WANG Lei(南京依维柯汽 车有限公司,江苏,南京,210028)
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆａｉｌｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｃａｒＴｉｅｄ ｏｕｔ ｆｏｒ ｔｒｉａｌ ｐｍｄｕｃｔｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎ群ｈ ｔ印ｅｒ ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｍｅｔａｌｌｏｇｍｐｈｙ，
ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｆｈｃｔｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｐｒｉｎｇ ｆａｉｌｕｒｅ ｍａｉｎｌｙ ａｔｔｒｉｂｕｔｅｓ ｔｏ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｐｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ，ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ，ｓｈｏｔ ｐｅｅｎｉｎｇ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ ｉｓ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ａｔ ９１５～９２５℃，ｔｈｅｎ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ａｔ ４７０～４８０℃ｆｏｒ ２ ｈ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｓｔｒｅｎ殍ｈｅｎｉｎｇ ｓｈｏｔ ｐｅｅｎｉｎｇ，ｔｈｅ ｓｅｎ，ｉｃｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｒｉｎｇｓ ｉｓ ｏｂｖｉｏｕｓ ｌｏｎｇｅｒ， ａｎｄ ｔｈｅ ｐｍｐｅｎｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｒｉｎｇｓ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎ昏ｈ；ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ；ｆａｉｌｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ
喷丸强化-应对高强度板簧失效之有效措施
喷丸强化-应对高强度板簧失效之有效措施弹簧在服役过程中主要作用是缓冲、减震、储能、联接、密封及传递力和力矩等，汽车为弹簧的主要应用产业，其中又以板簧的应用量最大。
目前，在国外工业化国家已经比较普遍地采用了由一片或两三片纵向变截面弹簧组成的少片板簧来代替传统的纵向等截面多片板簧。
由于少片簧在设计上具有片数少、重量轻、平顺性好等优点，能实现汽车轻量化和提高整车性能，已逐渐在国内汽车上采用。
由于少片簧的设计应力比传统的多片簧明显增大，多片簧设计应力通常不超过900MPa，而少片簧的设计应力则达到1100MPa。
因此，如果通过改进少片簧生产的关键工艺，以进一步提高少片簧的疲劳寿命和稳定性，成为新的课题。
根据国内外前50大汽车弹簧零部件制造商的调查，喷丸强化已被认为是目前提高板簧疲劳强度和确保疲劳寿命指标稳定之最经济有效的措施。
引起弹簧早期失效的原因各不相同，无论机加工原因和热处理因素，造成弹簧韧性差、硬度不理想、强度低还是过热缺陷组织，强化都是一道有效且关键补救工艺，实践证明正确的强化能大幅度提高零件疲劳寿命。
维尔贝莱特（集团）特殊设计的板簧应力强化设备，是利用一种连续通过式抛丸强化设备对板簧进行一个接一个单独的强化处理，让板簧几何凹面曝露在高速丸流下。
典型的机型是包括一个抛头用于抛射板簧顶部，侧边装一个抛头，同时喷板簧左右侧面。
这套标准款板簧强化设备的通过速度是10英尺/分钟，如需要更高的产速，则可增加抛头数量，调节电机频率。
在工作条件下，板簧会重复受到单向弯曲应力影响，因此有时是被应力强化的。
在强化过程中，就模拟板簧在以后使用过程中会受到"应力强化'的情况，让它在承受负荷的方向上施与一个"静态应力'的同时，对其进行喷丸强化。
强化完毕后，释放该外加的静态应力。
实验证明，应力强化比常规强化能更进一步延长板簧的使用寿命。
强化工艺的可控性、可重复性和强化结果的恒定性是评判一套强化设备的关键因素。
钢板弹簧的失效分析
钢板弹簧的失效分析熊春英;罗学泉;钟球;唐新民【摘要】钢板弹簧未完成整车耐久规定行驶里程就发生断裂,为了分析断裂的原因,对断裂的钢板弹簧进行了断口宏观、微观检测,以及化学成分、金相组织、脱碳层、非金属夹杂物和硬度等分析.结果表明,钢板弹簧材料及工艺性能等满足要求,该零件失效是由于应力集中超过了其所能承受的最大载荷所导致的.【期刊名称】《热处理技术与装备》【年(卷),期】2014(035)006【总页数】6页(P46-51)【关键词】失效分析;疲劳断裂;应力集中【作者】熊春英;罗学泉;钟球;唐新民【作者单位】江铃汽车股份有限公司,江西南昌330001;江铃汽车股份有限公司,江西南昌330001;江铃汽车股份有限公司,江西南昌330001;江铃汽车股份有限公司,江西南昌330001【正文语种】中文【中图分类】TG115.21钢板弹簧是大中型卡车悬架最广泛选用的的弹性元件。
本文分析的钢板弹簧材质为51CrV4，其热处理工艺为:淬火(880±20℃，油冷)，回火(540±10℃，空冷)，钢板弹簧片表面进行喷丸及涂漆处理。
该钢板弹簧按国标要求装车路试行程45000km后不发生断裂为合格，但其搭载路试车进行耐久试验时，行驶16858 km时发生了早期断裂失效。
为了分析断裂原因，解决失效问题，我们对钢板弹簧的断口形貌、材料组织与性能、受力情况等进行了检测分析。
1 检测方法及结果1.1 断口宏观检测钢板弹簧为变截面板簧，其断裂的位置离卷耳231～260 mm处，见图1(a);断口的宏观形貌见图1(b)。
整个断口表面较平坦，未见明显塑性变形。
根据断面特征可将断口分为两个区，即1区和2区，见图2(a)。
1区位于上表面，呈灰白色，明显可见对称分布的疲劳弧线特征，初步可判断为裂纹源，占整个断面的极小一部分。
2区上表面可见到较多的剪切唇，整个区呈银灰色与红锈色，表面较粗糙，判断为裂纹扩展区和瞬时断裂区，约占整个断面绝大部分。
某型号弹簧的失效分析
在对弹簧进行断口分析后总结了可能造成弹簧失 效的原因，具体分析如下： 1.1 荷载问题
对 于 弹 簧 应 用 过 程 而 言 ，元 件 的 荷 载 参 数 非 常 关 键，其中，工作载荷及疲劳试验载荷下应力分布、受力 情况等都具有重要的研究意义。检测人员借助计算分 别测量出弹簧的工作载荷为 55780 N、弹簧疲劳试验最 大载荷为 69725 N、弹簧疲劳试验最大载荷为 41835 N 咱1暂。并且利用弹簧可靠度计算等方式得出，从工作载荷、 疲劳 试 验 最 大 、最 小 载 荷 所 受 的 应 力 分 析 来 看 ，HXD1 型 一 系 弹 簧 受 垂 向 力 作 用 ，主 要 是 机 车 自 身 的 重 力 和 运行时垂向振动引起的附加载荷交替作用。加之弹簧 本身的受力方向呈现出倒三角形，因此，两端的受力要 远远高于中间位置，弹簧的端圈断裂可能性较高。 1.2 无线疲劳寿命强度曲线因素
为了进一步提升对相应问题的分分析、 金相检测、硬度测试、拉伸测试、冲击测试、非金属夹杂 物评定、宏观检测与 SEM 分析进行全面分析。
（1）弹簧化学成分分析、金相检测、拉伸测试、冲击 测试、非金属夹杂物评定符合相关标准及技术要求，弹 簧断口硬度偏高，
在通过对弹簧的整个生产制造过程的核查时，发现 弹 簧 的 各 项 出 厂 检 测 记 录 均 合 格 ，磨 簧 工 序 存 在 部 分 员 工 产 量 远 远 超 过 其 他 员 工 的 情 况，结 合 弹 簧 断 口 硬 度检测结果偏高的情况，判断弹簧断裂的可能是为：采 用钟摆式磨簧机磨削弹簧端面，进给方式为人工手动 进给，在弹簧磨削过程中，部分操作者为提高产量故意 提高弹簧的磨削进给量，导致弹簧端面局部淬火，产生 隐 针 马 氏 体 ，形 成 白 亮 层 。导 致 弹 簧 端 面 局 部 脆 性 增 加，容易引发断裂。 1.5 实际弹簧实际运营情况分析
弹簧的故障分析与解决方法
弹簧的故障分析与解决方法
弹簧断裂：过度使用或负载过重会导致弹簧断裂。
弹簧腐蚀：长期暴露在潮湿环境中，弹簧可能会被氧化并腐蚀。
弹簧不能回弹：可能是弹簧断裂导致的，需要更换弹簧。
弹簧表面出现腐蚀或变形：可能是弹簧腐蚀导致的，可以尝试
清洗或更换弹簧。
清洗弹簧表面：当弹簧表面出现腐蚀时，可以使用适当的清洁
剂和工具清洗弹簧表面，恢复其正常功能。
调整弹簧张力：有时，弹簧的张力过大或过小也会导致故障，可以适当调整弹簧的张力来解决问题。
避免潮湿环境：尽量避免让弹簧暴露在潮湿的环境中。
定期检查和维护：定期检查弹簧的表面状况和张力，及时发现并解决问题。
以上是弹簧的故障分析与解决方法，希望对您有所帮助。
60Si2MnA弹簧钢失效分析及工艺改进
FORUM 论坛工艺24 /矿业装备 MINING EQUIPMENT60Si2MnA 弹簧钢失效分析及工艺改进□ 张志洋 崔慕春 王 勇 郭中华 徐州徐工矿业机械有限公司1 情况介绍某品牌的矿山机械后机罩助力杆在市场上出现失效，失效照片见图1，该助力杆材料为60Si2MnA 弹簧钢。
后机罩助力杆在挖掘机工作状态下承受低频震动冲击，冲击力较小；失效的助力杆的失效时间低于500 h ；为了制定有效的改进措施，需对失效助力杆进行分析。
本文通过断口形貌观察、硬度测试、显微组织检测，分析出60Si2MnA 弹簧钢（机罩助力杆）的失效原因为组织带状偏析及大量石墨游离；并采用控制原材料及使用中频快速加热的改进工艺，控制相关缺陷。
图2 断口形貌图1 弹簧钢失效图示2 实验准备首先在样品的断裂处切割取样，对断口进行显微结构分析，再对样品切割取样，根据标准对试样进行磨制，分别对相应试样进行维氏硬度试验、显微组织分析。
3 显微结构分析根据JY/T010-1996标准，对助力杆断口进行显微结构分析，具体见图2。
图2（a）为助力杆断口形貌，形貌中存在明显断裂源、扩展区、瞬断区与剪切唇，为典型的疲劳失效形貌，扩展区无明显贝纹线，结合失效时间小于500H 的信息，该件应为低周疲劳失效；断裂源位置如图2（b）所示，断裂源仅一处，（a）断口形貌（c）韧窝区（b）放射区（d）准解理形貌贴近表层，表层无明显损伤且光洁度高；将扩展区放大如图2（d）所示，可观察到准解理形貌；图2（c）瞬断区附近为韧窝形貌。
解理断裂常为宏观脆性断裂，韧窝断裂是高能吸收的延性断裂，而准解离断裂介于解理与韧窝断裂之间，在不同部位产生解理裂纹核，扩展为解理刻面，最后以塑性方式撕裂。
4 维氏硬度试验根据GB/T4340.1-2009标准，对试样进行抛光，对试样的横截面沿直径方向进行维氏硬度试验，测量标尺玄影HV1，测量间隔为0.5 mm，测量结果见表1。
表1 试样维氏硬度测试结果距离表面/mm 0.10.6 1.1 1.6 2.1 2.6 3.1 3.6硬度值/HV1536536519518514523527525距离表面/mm 4.1 4.6 5.1 5.6 6.1 6.67.17.6硬度值/HV1521507514504579507534534距离表面/mm 8.18.69.19.610.110.611.111.6硬度值/HV15405394965245285275355242019.3 矿业装备 / 25测量得到的维氏硬度值在496HVI~579HVI 范围，符合设计标准要求，表面与近表面位置硬度无偏低问题，结合显微分析得到的试样失效表面光洁度高的测试结果，试样表面应无明显的脱碳缺陷。
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关键词：高强度；板弹簧；失效分析 中图分类号：ＴＧｌ５７ 文献标识码：Ｂ
文章编号：０２５４—６０５１（２０ｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｂｒ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｔａｐｅｒ ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ
ＣＡＩ Ｌｕｌ．ＷＡＮＧ ＩＪｅｉ２
１８１
万方数据
第４批淬火温度仍然为９２０℃，进一步提高回火 温度５００℃以增加产品的韧性。由于淬火操作不当组 织中出现少量铁素体，并且硬度偏低，故疲劳寿命 很低。
第５批工艺与第４批相同。在断口处取样进行分 析，心部组织与前相同，但板簧承载受拉表面的局部区 域组织异常，晶粒度粗大，晶界有黑色氧化网，断口呈 沿晶特征，见图３所示，具有过热特征，断裂起始于缺 陷区域。整体硬度在技术要求下限。现场调查发现， 板簧淬火采用油炉加热，炉长８ ｍ，共分布６个加热油 喷嘴。装炉方式恰好是承载受拉弧形凹面朝着喷油 嘴，瞬时烈焰高温极可能造成这些地方过热。检查刚 刚淬火后的板簧表面，确实发现表面有对应的烧伤 痕迹。
丸，提高疲劳寿命‘３｜。
北京：机械工业出版社，１９鼹－
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《金属热处理》２００８年第３３卷第８期
万方数据
高强度变截面板弹簧失效分析及对策
作者： 作者单位：
刊名： 英文刊名： 年，卷(期)：
蔡璐， 王磊， CAI Lu， WANG Lei 蔡璐,CAI Lu(南京工程学院,材料学院,江苏,南京,211167)， 王磊,WANG Lei(南京依维柯汽 车有限公司,江苏,南京,210028)
作者简介：蔡璐（１９６０一），女，江西龙南人，高级工程师，副教 授，主要从事金属材料研究及失效分析工作。联系电话：
标不够稳定，为保证批量化工业生产应用，需要对弹簧 失效件进行系统分析，找出影响产品质量的因素，从而
１３８１３８０２１３ｌ Ｅ—ｍａｉｌ：ｃａｉｌｕ＠ｎｊｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ 收稿日期：２００８ＪＤ４－２８
采用以上热处理工艺制造的成品簧硬度为４９～
５２ ＨＲＣ，达到技术要求［２］。厂家按照上述工艺生产的
五批试制板弹簧在强化试验考核时，寿命均没有达到
２ 变截面少片簧生产工艺概况
某钢板弹簧制造厂的主要生产工艺流程如下：板
要求或疲劳寿命不稳定。关于５批试制板弹簧的工 艺、组织、性能、寿命情况见表２。
表２试制５批板弹簧的概况
０．００８Ｓ、１．１３Ｃｒ、０．０３Ｎｉ、０．０６Ｃｕ、Ｏ．００６Ａｌ、Ｏ．１４Ｖ。
经Ｃｓ４００．３００ＫＮ电子万能试验机测试，力学性能各 项指标均符合设计单位提出的技术要求，检测结果见 表ｌ。
表ｌ印Ｓ讼ＣｒｖＡ钢热处理后的拉伸性能 Ｔａｂｌｅ ｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉ髓ｏｆ砷Ｓｉ２ＣｒｖＡ ｓｔｅｄ
（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｉｊｎｇ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１ １ １６７，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎａｎｊｉｎｇ Ｉｖｅｃｏ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｔｄ，Ｎａｎｉｊｎｇ Ｊｉａｎｇｓｕ ２ ｌ ００２８，Ｃｈｉｎａ．）
第二批板弹簧淬火温度降低到９２０℃，回火温度 ４２５℃比前一批略有提高。组织为回火屈氏体，硬度 偏高，材料韧性有所改善，寿命有所提高。宏观断口特 征与前批相同，脆性断裂特征明显；扩展区没有疲劳微 观特征，见图２。
第３批簧淬火温度保持９２０℃，回火温度提高到 ４８０℃，组织正常，硬度达到技术要求，断口出现疲劳 特征，但不明显，可能是回火时间短，韧性不够引起的， 说明工艺还不够合理。寿命比上批进一步提高，但宏
提高产品寿命。
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４ 结语
（１）实践证明，可控硅在国产双频（低中频）感应 淬火机上的应用是成功的、可靠的，不仅控制可靠而且 操作方便，便于双频感应淬火机实现国产化。
（２）国产双频感应淬火机对冷轧辊试淬过程和线 切割试块切片证明：在Ｃｒ２、Ｃｒｌ４状态下其控制功能和
应淬火机组（进口）投资成本的ｌ／ｌｏ以下，投资成本 低廉。
（４）国产双频感应淬火机组国内的建成投产，为 开拓双频感应淬火机的国产化开辟了新路。 参考文献： ［１］沈伟芳．武钢双频淬火机控制功能的改造［Ｊ］．冶金设
产品质量，不仅达到ＧＢ／Ｔ１３３１４国家标准，而且达到
备，１９９８（３）：２３－２５．
进口辊水平。
综上所述，引起试制品早期失效的原因各不相同， 归纳为：①淬火加热温度高，材料韧性差；②回火温度 低、回火时间短，致使组织、硬度不理想，材料韧性差； ③回火温度高，强度低；④装炉方式不合理，出现过热 缺陷组织；⑤喷丸工艺不理想，实际调查发现５批弹簧 表面喷丸覆盖率较低且不均匀，没有达到强化喷丸的 效果。
弹簧在服役过程中主要作用是缓冲、减震、储能、 统的多片簧明显增大，多片簧设计应力通常不超过
联接、密封及传递力和力矩等，汽车为弹簧的主要应用 产业，其中又以板簧的应用量最大。目前，在国外工业 化国家已经比较普遍地采用了由一片或两三片纵向变 截面弹簧组成的少片板簧来代替传统的纵向等截面多 片板簧。由于少片簧在设计上具有片数少、重量轻、平 顺性好等优点，能实现汽车轻量化和提高整车性能，已 逐渐在国内汽车上采用。由于少片簧的设计应力比传
ｌ ｌ 失效分析
每竹竹竹竹竹竹竹竹十
高强度变截面板弹簧失效分析及对策
蔡璐１。王磊２
（１．南京工程学院材料学院，江苏南京２１１１６７；２．南京依维柯汽车有限公司，江苏南京２１００２８）
摘要：采用金相、硬度、断口分析等方法，对多批次高强度变截面板弹簧试制产品进行失效分析。结果表明，淬火、
回火、喷丸等工艺参数控制不当，是造成弹簧失效的主要原因。采用９１５—９２５℃淬火，４７０—４８０℃回火２ ｈ，并 进行应力强化喷丸，弹簧寿命得到显著提高，性能达到了设计要求。
图４ 改进后的板弹簧的宏观断口 Ｆ谚４ Ｍａｃｍｓｃｏｐｉｃ ｆｒａｃｔｕＩｅ ｏｆ
ｔｌｌｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ
图５改进后板弹簧的扩展区的疲劳辉纹
Ｆｉ昏５ ＦａｔｉｇＩｌｅ ｓｔｒｉｐｅ ０ｆ ｔｈｅ ｉｍｐｍｖｅｄ ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ
（２）淬火加热装炉方式不合理是造成试制弹簧早
Ｔａｂｌｅ ２ Ｇｅｎｅ删ｓｉｔ啊ｔｉ蚰ｏｆ ｓｈｅｅｔ ｓｐｒｉＩＩｇ埘ａｌ－ｐｒｏｄｕ∞
注：＋表示箱式炉回火，其余为现生产步进炉回火数据；喷丸强度Ｏ．１８ｃ，弧高变化１７—１８一；疲劳强化试验最大应力９３０ ＭＰａ，最小应力
６８ ＭＰａ。
３ 失效分析
为保证厚截面处淬透，厂家第一批板弹簧选择 了９５０℃较高的淬火温度，４１０℃回火温度。最终组 织为回火马氏体，硬度大于技术要求。原因是淬火 温度高、回火温度低，材料韧性不够，所以寿命低。 宏观断口疲劳特征不明显，断裂源区为沿晶特征，见 图１所示。扩展区疲劳特征不明显。总体呈现脆性 断裂特征。
［２］沈伟芳．冷轧辊双频感应淬火工艺诀窍［Ｊ］．热处理，
（３）国产双频感应淬火机组是比利时ＯＳＢ双频感
１９９９（３）：３８＿４３．
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《金属热处理》２００８年第３３卷第８期
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１ 失效弹簧原材料分析
某公司生产的少片簧用６０Ｓｉ２ＣｒＶＡ钢，化学成分 （质量分数，％）为：０．５７Ｃ、１．５７Ｓｉ、０．６４Ｍｎ、０．０１３Ｐ、
（４）改进后的工艺明显提高了弹簧寿命，达到了 技术要求。 参考文献： ［１］ＩｖＥｃｏ标准１６＿５５０１，钢板弹簧疲劳寿命试验［ｓ］． ［２］南京依维柯企业标准Ｑ／１５Ｎ２８２０，变截面少片簧用弹簧
钢技术条件［ｓ］．
自由喷丸。以清除表面氧化物等，再进行应力强化喷
［３］中国机械工程学会材料学会主编．弹簧的失效分析［Ｍ］．
期失效的原因之一，板簧弧形凹面（待喷丸面）朝下，
图３板弹簧的沿晶警口．． ～
４工荔改进岌效果
可以避开油喷嘴的烈焰，避免过热。
（３）喷丸工艺不合理也是造成试制弹簧早期失效
慧星纛鬈骺黜砘姗储丸能蝻
针对以上生产中存在的问题，结合厂家的实际情 况和以上分析的结果，采用以下措施进行改进：将热处 理工艺确定为９１５～９２５ ｃｃ加热，４７０＿４８０℃回火，放 慢回火炉网带移动速度，确保回火时间为１２０ ｍｉｎ，保 证回火充分。淬火加热时，板簧弧形凹面（待喷丸面） 朝下，避免油喷嘴的烈焰造成过热。改进喷丸工艺，先
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆａｉｌｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｃａｒＴｉｅｄ ｏｕｔ ｆｏｒ ｔｒｉａｌ ｐｍｄｕｃｔｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎ群ｈ ｔ印ｅｒ ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｍｅｔａｌｌｏｇｍｐｈｙ，
ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｆｈｃｔｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｐｒｉｎｇ ｆａｉｌｕｒｅ ｍａｉｎｌｙ ａｔｔｒｉｂｕｔｅｓ ｔｏ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｐｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ，ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ，ｓｈｏｔ ｐｅｅｎｉｎｇ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ ｉｓ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ａｔ ９１５～９２５℃，ｔｈｅｎ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ａｔ ４７０～４８０℃ｆｏｒ ２ ｈ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｓｔｒｅｎ殍ｈｅｎｉｎｇ ｓｈｏｔ ｐｅｅｎｉｎｇ，ｔｈｅ ｓｅｎ，ｉｃｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｒｉｎｇｓ ｉｓ ｏｂｖｉｏｕｓ ｌｏｎｇｅｒ， ａｎｄ ｔｈｅ ｐｍｐｅｎｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｒｉｎｇｓ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎ昏ｈ；ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ；ｆａｉｌｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ
金属热处理 HEAT TREATMENT OF METALS 2008,33(8)
参考文献(3条) 1.IVECO 16-5501.钢板弹簧疲劳寿命试验 2.Q/15N2820.变截面少片簧用弹簧钢技术条件 3.中国机械工程学会材料学会 弹簧的失效分析 1988