【失效分析】弹簧断裂案例分析(1)
发布时间:2024-11-24
样品信息及问题描述
客户某款弹簧之制程为:弹簧折弯成型→450℃烘烤30min→喷丸处理。其疲劳寿命设计为100万次。在疲劳寿命测试18万次后发生断裂,试样如图1所示。委托实验室对断裂弹簧进行分析,找到断裂原因,方便现场改善。
弹簧化学成分结果如表1所示,可见根据JIS G3561-1994,供应商提供的产品符合SWOSC-V的成分规格。
表1-弹簧钢成分测试结果
化学成分 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Cu | Fe |
含量% | 0.58 | 1.3 | 0.69 | 0.0066 | 0.0073 | 0.69 | 0.0059 | - |
SWOSC-V JIS G3561-1994 | 0.51-0.59 | 1.20-1.60 | 0.50-0.80 | ≤0.025 | ≤0.025 | 0.50-0.63 | ≤0.25 | - |
断口清洗后,对断口SEM形貌观察+EDS成分分析,结果如图2~3及表2所示,可以发现:
●断口形貌分为裂纹源、扩展区、瞬断区三部分,未发现疲劳断裂的贝纹线;
●裂纹源分布于试样表层,外形疑似为粒状固体颗粒,最大深度 ~41 μm,宽度 ~130 μm,其成分主要为Fe、Cr、Si、O、Ca等,可能是冷拉拔润滑剂、钢丝氧化皮与灰尘的混合物;
●扩展区呈现为解理形貌,为典型的脆性断裂;
●瞬断区呈现韧窝形貌,为韧性断裂。
表2-EDS成分分析结果(wt%)
Spectrum | C | O | Na | Si | S | Ca | Cr | Mn | Fe | Total |
1 | 8.23 | 38.99 | 0.57 | 1.27 | 0.96 | 0.92 | 1.51 | / | 47.54 | 100 |
2 | 10.58 | 50.78 | / | 1.21 | 0.16 | 0.79 | 1.26 | / | 35.22 | 100 |
3 | 5.07 | / | / | 1.26 | / | / | 0.73 | 0.72 | 92.21 | 100 |
4 | 5.12 | 1.74 | / | 1.39 | / | / | 0.69 | 0.70 | 90.36 | 100 |
对断裂试样断口附近表面SEM形貌进行观察,结果如图4~5及表3所示,可见:
●断裂试样表面裂纹源位置呈现为麻坑状,其成分主要为Fe、Cr、Si、O、Ca;
●断裂试样远离断口位置也存在一些较小麻坑,麻坑内部填充异物;异物成分与裂纹源异物成分近似,可能两者的来源一致。
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