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公司新闻
【失效分析】弹簧断裂案例分析
发布时间: 2024-03-22 16:53 更新时间: 2024-04-29 08:10

 表3-EDS成分分析结果(wt%)


Spectrum
COSiSCaCrFeTotal
A
17.2738.001.180.130.811.4351.19100
25.317.491.30/0.390.6984.82100
B
16.1743.030.38/0.49/49.93100
26.038.291.33/0.780.7182.87100
35.8926.550.67/0.732.0964.07100


对试样夹杂物形貌进行观察,结果如图6所示,可见:
●靠近断口位置与远离断口位置的夹杂物较少,均为D 1.0级。
试样夹杂物形貌图
对断裂试样的金相形貌进行观察,结果如图7所示,可见:
●试样表层未发现脱碳层;
试样表层组织与芯部组织一致,均为回火屈氏体+少量铁素体。
弹簧表层及芯部试样金相组织图
对断裂试样表层与芯部维氏硬度进行测量,结果如表4所示,可见:

●试样的芯部与表层硬度近似,都在590~600HV。

                                表4-断裂试样维氏硬度测试结果

断裂试样表层芯部
HV 0.3599593


验证

对断裂试样表面及远离断口位置进行表面形貌及切片进行观察,结果如图8所示,可以发现:

●断口位置与远离断口位置都有一些麻坑,但断口位置的麻坑明显较大;
●试样表面分布着深度为10~20μm之间的麻坑。
试样表面及切片形貌图

分析讨论 

客戶弹簧用线材材质为SWOSC-V,属阀门弹簧用钢丝,用于高疲劳工况场合。其适用标准JISG3561,除对化学成分/力学性能有要求外,尚对材料的表面状态有严格要求,如总脱碳层深度在丝径的1.5%以下,Φ2线材表面缺陷(如铁皮/铁锈/裂纹/划伤/麻坑和其它有害缺陷)的深度在0.01mm以下。

本案弹簧断口位置的主要表面缺陷为麻坑,缺陷深度高达0.04mm,远超规格要求。缺口位置容易引起应力集中成为断裂的裂纹源。在服役过程中裂纹逐渐扩展,Zui终导致零件断裂。
结论 

1.弹簧材质符合JIS G 3561规定对SWOSC-V之化学成分、力学性能要求,美中不中的是金相组织中有少量铁素体;

2.弹簧断口未发现疲劳特征,裂纹源及扩展区显示脆性解理特征,瞬间断裂区显示塑性韧窝特征;
3.样品断口及附近观察到数量较多的麻坑,深度10μm以上,Zui大深度~40μm,远超规格要求;
4.弹簧钢丝表面麻点易造成应力集中,在服役工况下,成为裂纹源,并逐渐扩展Zui终导致瞬间断裂;

5.建议弹簧制造部门需依JIS G 3561指引方法重点管控钢丝表面质量。


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