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。本文做统计和分析主要对此做总结。

在总结前，对几个术语做说明：

1、疲劳：材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。

2、低周疲劳和高周疲劳是可以放在一起讨论的概念。据循环周次来判定，一般总周次大于10的5次方为高周疲劳，小于10 的4次方为低周疲劳，但一般认为10的2次方到10的5次方为低周疲劳。对于板簧断裂失效件尤其退回件而言，真正的失效疲劳次数无从知道，因此低周疲劳和高周疲劳只是相比较而言。

高周疲劳一般在部件受到较小的交变应力时发生，疲劳寿命较长。由于失效持续时间较长，因此断口纹理明显。

低周疲劳一般在构件受到较高应力或者由于存在应力集中区域，局部应力超过材料的屈服极限，形成较大的塑性区，在交变应力作用下，塑性

区极易产生宏观裂纹，裂纹主要在塑性区扩展。由于失效持续时间较短，因此断口纹理不明显。

3、从191件失效样件分析看，其组织金相能够达到4级（较粗的回火屈氏体）以上的很少；大多数组织为5级有少量的贝氏体或6级有少量铁素体出现。硬度要求在HRC44-48之间，绝大数硬度偏低2-4HRC。从分析看，硬度和金相对疲劳寿命有影响，但对断口形貌的影响可忽略不计不做分析。

见附件表一：

序号断口纹

理特征

典型照片金相组织和硬度产生机理

失效性

质

约占比

重（%）

来自191

件数据

1 贝壳纹

（线）

明显

报告编号：SYS/SX-2017-19 1#件：

回火屈氏体+贝氏体+铁素体，6级

硬度HRC44-46

SYS/SX-2017-31 5#件：

四分之一和次表面：较粗的回火屈

氏体，4级；心部5级。

硬度HRC41-43.5

SYS/SX-2017-11 6#件：

较粗回火屈氏体4级，硬度

HRC43.5-45.5

疲劳寿命

长，属高

周疲劳，

形成受力

小，工作

频次低

典型疲

劳断

裂，正

常工作

状态

20.9% 疲劳源

疲劳源

裂纹扩展区瞬间断裂区

贝壳线

人字纹

贝壳线

裂纹扩展区

瞬间断裂区

贝壳线裂纹扩展区

瞬间断裂区

疲劳源1

疲劳源2

4/ 9

2 人字纹

明显

SYS/SX-2017-26 6#件：

心部和四分之一：回火屈氏体+贝氏体+

铁素体，6级；次表面4级。

硬度HRC44.6-46.3

SYS/SX-2018-002 1#件：

中等细致的回火屈氏体，2级；

硬度HRC45.9-46.8

SYS/SX-2018-012 3#件：

较粗的回火屈氏体，4级；

硬度HRC44.3-45.1

疲劳寿命

较长，属

高周疲

劳，形成

受力小，

工作频次

低，但不

如贝壳纹

的好。

疲劳断

裂，基

本正常

工作状

态

34.6%

疲劳源

人字纹

瞬间断裂区

裂纹扩展区

疲劳源

裂纹扩展区

瞬间断裂区

疲劳源

人字纹

人字纹

裂纹扩展区

瞬间断裂区

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