压缩螺旋弹簧的断裂分析

rockston

弹簧是机械产品中的重要基础元件之一,弹簧的性能质量直接影响着整个设备的运行安全和效率.有关结构设计、材料、生产工艺过程以及服役环境等方面原因而导致弹簧失效的故障分析有许多报导[1],但从材料工艺角度细致的观测分析工作并不多见.由于弹簧的种类繁多,应用面广,随着各种新技术、新工艺引入弹簧的生产制造,弹簧的失效形式、部位也常常表现各异,尽管对某一具体弹簧的失效分析并不一定具有普遍的指导意义,但找到失效原因,对提高产品质量,避免类似事故发生仍有很强的实用性.本文通过较细致地观测一例弹簧断裂特征来分析失效原因.

1　情况概述

某厂生产的动力机械设备弹簧材料为60Si2Mn,制造工序依次为:将直径为Φ52mm的钢棒两端加热拔尖,整体加热卷制成外径为Φ237mm的等径螺旋形簧坯,然后将其置于热处理炉中870℃加热1h,取出空冷1min随即水淬冷至150℃,再入炉430℃回火8h.簧坯两端面在磨簧机上磨平,因磨削时温度很高,所以始终采用喷水冷却磨面.最后经整体喷丸处理便制成圆柱形压缩螺旋弹簧成品.按以上工艺流程制造的一批弹簧装机试运行10多分钟便发生断裂,检验发现裂纹源位于磨面附近,整个磨面布满了网状微裂纹,磨面下出现约0.4mm厚白亮层,其硬度达HRC=61～63.厂方认为这批弹簧的断裂原因是由磨削加工时表层发生淬火现象引起的,表层马氏体受拉应力而开裂形成表面微裂纹从而导致了弹簧断裂.基于这样认识,为挽救余下尚未使用的成品弹簧,便改用干磨削加工以去除表面微裂纹和硬化层,磨面再重新喷丸处理,经检验合格后装机使用,在1.8t正常负荷下运行了几小时也相继发生了断裂