弹簧断裂分析

金相组织：1#试样金相表面形貌
金相组织：2#样金相表面形貌（基体）
金相组织：2#样金相表面形貌
金相组织：2#样金相表面形貌 异常组织放大像
金相组织：2#样金相表面形貌
在2#样品弹簧片的外 侧表面出现明显的白 带，在白带的内部有 微裂纹状组织。 测定该白带处的显微 硬度值为： HV0.025=500-520 而在内表面则没有这 种组织。
• 工艺路线：60Si2Mn材料的扁钢→退火(硬度HRC22-23)→校直→下 料→冷饶弹簧→淬火处理(盐炉加热温度880℃× 15min) 油冷→回 火(网带炉490℃×1h)→电泳漆处理
• 盘簧成型后进行检测：硬度要求HRC40-45， 扭距要求3741N·m(牛米)。
• 用户反应，盘簧出厂后使用过程中出现断裂现象。据技 术人员介绍，断裂的比例约百分之二，一般是在使用12年后出现断裂。选两#1形状与断裂位置
2#断裂形貌与位置
2#断裂形貌
发生摩擦的形貌照片
分析结果1
• 断裂位置基本一致 • 断口均为典型的疲劳断口，表明两种都是疲劳断
裂 • 疲劳源位于弹簧盘外侧，且疲劳源处有摩擦痕迹
• 初步推断：低应力疲劳断裂，材料表面受到摩擦 力影响。
二、扫描电镜断口观察结果与分析
基体的显微硬度为HV0.025=400-410 ， 在1#样品的表面没有见到 白带组织，但是外表面处发白。值得注意的是：两个样品的内表 面（基体）均没有发现白带。
分析结果3
• 两样品的基本组织均为正常组织 • 2#样品的外侧表面有明显的白色组织（类
似脱碳组织），且白色组织内部可以看到 微裂纹，其硬度值偏高。
盘簧断裂分析
第七组
20123460 陈鹏飞 20123464 向炬 20123466 徐德志 20123467 刘正卿 20123477 朱家伟 20123468 张家强 20123469 徐博家 演讲 20123472 李鑫 制作PPT 20123475 王俊
盘簧使用情境
·用作汽车柴油机配件，主要受交变拉应力。
试验方法
• 弹簧编#为1#与2#，对断裂弹簧的整体状况与宏观断口进行观 察，根据断口宏观形貌粗略估算弹簧工作状态下的应力值。
• 从断口附近用线切割方法截取样品，采用金相显微镜观察金 相组织；用扫描电镜观察断口并进一步观察微观组织。
• 猜想断裂原因：零件结构不合理、表面状态缺陷、组织不均 匀（夹杂、疏松）、工作应力过大、装配不合理、使用环境。
• 60Si2Mn钢
• 碳 C ：0.56～0.64 硅 Si：1.50～2.00 锰 Mn：0.60～0.90
退火(硬度HRC22-23)→ 淬火处理(盐炉加热温度880℃× 15min) 油冷→ 回火(网带炉490℃×1h)
问：此工艺处理后形成的是什么组织？
• 推断白色组织为脱碳组织 • 表明两样品虽都为疲劳断裂，但断裂机理
有差别
2#样金相表面异常组织形貌
2#样金相异常组织形貌
分析结果4
• 2#样品疲劳源处的表面存在大量的微裂纹， 应该是疲劳断裂原因。
• 这些白带状组织或类似脱碳组织应该是在 使用过程中产生的
断裂原因分析
• 1#试样：发生疲劳断裂原因是盘簧处的外 表面与相邻弹簧片发生摩擦，使原组织发 生变化，产生类似脱碳组织，表面强度降 低，同时摩擦产生磨痕，成为疲劳源，疲 劳裂纹扩展断裂。
• 2#试样：发生疲劳断裂原因是盘簧处的外 表面与相邻弹簧片内侧发生摩擦，且程度 大于1#，产热温升导致组织相变产生微裂 纹，从而发生裂纹扩展导致断裂（依据： 疲劳源处大量微裂纹，磨痕明显）。
总结
•避免摩擦产生：
• 严格控制盘簧几何尺寸，提高尺寸精度 • 同时控制回火温度，提高盘簧的弹性极限
提问
盘簧原理说明
·弹簧圈相互接触的地方可能存在摩擦。
B48弹簧信息收集
• 60Si2Mn弹簧钢是应用广泛的硅锰弹簧钢，适于铁道车辆、汽车 拖拉机工业上制作承受较大负荷的扁形弹簧或线径在30mm以下 的螺旋弹簧、也适于制作工作温度在250 ℃以下非腐蚀介质中的 耐热弹簧以及承受交变负荷及在高应力下工作的大型重要卷制弹 簧以及汽车减震系统等。
1#试样扫描断口形貌
2#试样裂纹源断口形貌
分析结果2
• 两样品断口形貌相似（疲劳断裂形貌） • 疲劳源处无夹杂物，非原材料内部夹杂引
起 • 断口上均是单个疲劳源，瞬时断裂区面积
小，表明工作状态下外力作用不大 • 2号试样存在异常组织
三、金相组织观察结果与分析
金相组织： 1#样金相表面形貌（基体）