Page 67 - 理化检验-物理分册2019年第五期

李子阳, 等: 某空调压缩机弹簧断裂失效分析

荷作用下 安 全 系 数 不 足, 从 而 在 使 用 中 发 生 疲 劳
断裂.
针对本次断裂的弹簧, 如要提高疲劳寿命则需
要降低使用过程中的承载应力, 理论上可通过增加
有效圈数、 增大中径等措施来降低最大切应力, 从而
降低应力幅, 提高弹簧的安全系数.
此外, 通过工艺上改善也可提高弹簧疲劳强度.
喷丸强化的过程是大量高速运动的钢丸流不断向弹
簧表面喷射的过程, 研究表明, 喷丸可以使弹簧表面
发生均匀的塑性变形并形成残余压应力来提高疲劳
强度 [ １１Ｇ１２ ] , 这也是在不改变弹簧尺寸情况下, 快速
提高弹簧可靠性的有效措施.
２．２ 喷丸工艺改善研究
在不改变弹簧尺寸前提下, 为快速解决疲劳强
度不够问题, 验证喷丸工艺对弹簧可靠性的影响, 对
不同工艺弹簧单体进行了疲劳试验.试验采用弹簧
疲劳试 验 机, 每 次 试 验 取 ５ 个 试 样, 在 使 用 长 度
１１０％以上的行程测试条件下, 进行 １０ 次往复循环
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试验, 试验结果见表 ４ .
表 ４ 疲劳试验结果
Tab敭４ Fati g uetestresults
试样 钢丸粒径 / mm 喷丸时间 / min 试验结果
无喷丸试样 — — ０ 个合格

喷丸试样 １ ϕ ０．４ １５ ３ 个合格
喷丸试样 ２ ϕ ０．２ １５ ５ 个合格
可见无喷丸处理的弹簧均无法通过 １０ 次的疲
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劳试验, 增加喷丸后弹簧疲劳寿命有所增加, 而采用
ϕ ０．２mm钢丸喷丸的弹簧可以通过疲劳试验.
采用 SEM 对不同试样表面形貌进 行观察, 结
果如图 ６ 所示.可见未喷丸弹簧表面呈现深浅不一
的拉拔线条; ０．４mm 粒径钢球喷丸后丸坑覆盖面
ϕ
较低, 丸坑的分布、 均匀性较差, 弹簧表面拉拔线条
图 ６ 喷丸工艺后弹簧表面 SEM 形貌
部分未消除; ０．２mm 粒径钢球喷丸后弹簧表面丸
ϕ
坑尺寸、 深浅、 分布均匀性均较好, 拉拔线条已经被 Fi g 敭６ SEM mor p holo gy ofthes p rin g surfaceafter
shot p eenin gp rocess
钢丸击打消除. a noshot p eenin g b shot p eenin gwith ϕ ０敭４mmsteelballs
结合疲劳试验结果分析认为经过 ０．２ mm 粒 c shot p eenin gwith ϕ ０敭２mmsteelballs
ϕ
径钢球喷丸后弹簧强度提高主要有两方面原因: 一 d p artialenlar g eddrawin g ofthefi g ure６c
方面完全消除了弹簧表面拉拔条纹, 这些深浅不一
３ 结论及建议
的拉拔线条在疲劳过程中可以看成是缺陷, 也就是
潜在的裂纹源; 另一方面, 经过喷丸处理后弹簧表面 该空调压缩机弹簧的显微组织、 化学成分和硬
形成一定厚度的具有残余压应力的强化层, 提高了 度均无异常, 其断裂模式为疲劳断裂.弹簧断裂的
弹簧表面强度并且降低了弹簧表面对缺陷 的敏感 原因是弹簧实际工作时最大切应力高于材料的许用
度, 从而提高了弹簧疲劳寿命. 切应力, 弹簧在循环载荷作用下安全系数不足, 无法
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