本次試驗件為，盤形彈簧，材料為50CrV，繞制成型后熱處理，表面為磷化處理。在安裝時發(fā)生斷裂，斷裂發(fā)生在折彎角處，折彎角處斷掉一截。

試驗過程與結(jié)果

取一件完好件和斷裂件一起進行分析，盤簧完好件如圖14-1；斷裂件如圖14-2；斷裂位置為圖中的圓圈處。

圖14-1  完好彈簧形貌                圖14-2  斷裂彈簧形貌

掃描電鏡斷口觀察，斷面凹凸不平，顏色呈深灰色，中心部位可見少量放射花樣。

彈簧斷口的低倍形貌，見圖14-3，圖中的A區(qū)為斷裂起始區(qū)，B區(qū)為擴展區(qū)，C區(qū)為最終斷裂區(qū)。

圖14-3    斷口宏觀形貌  

在掃描電鏡下觀察斷口微觀形貌，起始區(qū)（A區(qū)）的微觀形貌為主要以韌窩形貌為主，發(fā)現(xiàn)非金屬夾雜（圖中圓圈處），見圖14-4。

擴展區(qū)（B區(qū)）的微觀形貌以解理為主，伴有少量韌窩形貌，有明顯的非金屬夾雜（圖中圓圈處），見圖14-5、圖14-6。

最后斷裂區(qū)（C區(qū)）的微觀形貌為韌窩形貌，見圖14-7。

                                                                                     圖14-4   A區(qū)微觀形貌

圖14-5   B區(qū)微觀形貌                                        圖14-6  B區(qū)微觀放大形貌

圖14-9   彈簧顯微組織

對盤簧進行化學(xué)成分檢查，成分檢查結(jié)果符合50CrV的成分要求。

對盤簧進行硬度檢查，檢查結(jié)果:盤簧表面表層硬290～310HV0.3;心部硬度261～275HV10

分析與討論

盤簧的化學(xué)成分符合要求，但盤簧的金相組織、硬度不符合盤簧的技術(shù)要求。

這種盤簧加工工藝一般是采用球化退火的原材料，加工成形，然后淬火、回火，硬度在HRC43-46，回火組織為屈氏體組織。

該批盤簧在掃描電鏡下觀察斷口微觀形貌，主要以韌窩形貌為主，金相試樣檢查結(jié)果，組織為細珠光體+鐵素體，組織不符合盤簧加工工藝要求，組織檢查發(fā)現(xiàn)盤簧還保留了變形組織特征，以上檢查結(jié)果說明該故障盤簧沒有進行淬火處理。可能直接用冷拉絲材繞制成形后沒有淬火，熱處理時只進行了定型回火（進行定型回火后保證了每個盤簧的尺寸），所以，盤簧的金相組織不是屈氏體組織，而是原材料的珠光體+鐵素體，同時保留了原材料的冷拉組織特征。

另外，掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，盤簧有非金屬夾雜；金相試樣檢查，流線顯示正常，但斷裂處直徑明顯變小，有塑性變形，反映了彎曲成形局部變形大，該處存在較大內(nèi)應(yīng)力，因為變形量大，直接變形會造成過大局部應(yīng)力、生成棱邊微裂紋。

斷口分析的結(jié)果，表明彈簧的斷裂起始位置微觀形貌以韌窩形貌為主，整個斷口表現(xiàn)為過載或彈簧強度不夠引起的韌性斷裂。

彈簧彎曲時，彈簧彎曲外表面受的拉應(yīng)力最大，而彎曲外表面的拉應(yīng)力大小和彎曲半徑、彎曲角度有關(guān)，彎曲半徑越小，彎曲角度越大，則彎曲外表面所受的拉應(yīng)力越大。該彈簧彎曲斷裂處直徑明顯變小，說明彎曲變形過大。彈簧彎曲變形大，造成彎曲處的直徑明顯變小，使該處存在較大內(nèi)應(yīng)力。彈簧成型后要進行淬火、回火，消除內(nèi)應(yīng)力，使硬度和組織滿足工藝技術(shù)要求。如果熱處理后彈簧進行了鉗修，要及時去應(yīng)力回火，消除變形應(yīng)力。

通過檢測證明，該批彈簧的制造工藝存在問題，沒有進行熱處理的淬火處理，彈簧的強度不夠，彎曲處的組織應(yīng)力，變形應(yīng)力沒有消除，存在較大的殘余應(yīng)力；另外，該批彈簧還存在較明顯的非金屬夾雜，非金屬夾雜物的存在，也降低了彈簧的綜合性能。該批彈簧不能滿足安裝要求，在安裝時，由于安裝應(yīng)力超過彈簧的強度極限，在應(yīng)力集中的彎曲處彈簧過載斷裂。

結(jié)論與啟示

（1）該批彈簧的制造存在工藝問題，彈簧斷裂的主要原因是成型后沒有進行淬火處理，造成彈簧的強度低，不能滿足安裝要求，在安裝時彈簧過載斷裂。

（2）造成彈簧斷裂的原因還有很多，除彈簧的強度低外，彈簧還存在較明顯的非金屬夾雜物，彎曲處存在較大的殘余應(yīng)力，彈簧的綜合性能低等，有安裝應(yīng)力作用下，在彎曲處的應(yīng)力集中位置過載斷裂。

（3）該類彈簧應(yīng)進行淬火、回火處理，對制造工藝進行檢查，熱處理工藝是否漏了淬火工藝？熱處理操作過程中漏了淬火工序？

（4）在今后的彈簧加工過程中，對原材料進行檢查；成型后進行淬火、回火處理，對彎曲處鉗修后要進行去應(yīng)力回火；增加硬度和組織檢查。