Page 64 - 理化检验-物理分册2020年第二期

郁焕武, 等: ０Cr１７Ni７Al钢制受电弓扭簧断裂原因分析

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５０ ) ×１０ km . 镜观察其 状 态, 由 图 ３ 可 知 扭 簧 表 面 明 显 存 在 沿
为了保证受电弓持续正常运行, 防止类似故障 轴向分布的沟 槽 和 疑 似 微 裂 纹. 根 据 文 献 [ ２ ] 判
再次大批量发生, 笔者对断裂扭簧进行了一系列理 断这种缺 陷 为 划 痕 和 拉 丝, 是 弹 簧 钢 丝 常 见 的 表
化检验和分析. 面缺陷.
１．２ 化学成分分析
１ 理化检验
对断裂 扭 簧 取 样 进 行 化 学 成 分 分 析, 结 果 见
１．１ 宏观检验 表 １ , 可 见 各 元 素 含 量 均 符 合 GB / T２４５８８－２００９
对断裂扭簧的表面进行清洗, 使用 ５０ 倍放大 « 不锈弹簧钢丝» 对 ０Cr１７Ni７Al钢的成分要求.
表 １ 扭簧的化学成分( 质量分数)
Tab敭１ Chemicalcom p ositionsoftorsions p rin g massfraction ％
项目 C S Si Mn Mo P Cr Ni Cu Al
实测值 ０．０７８ ０．００３ ０．４４ ０．７８ ０．１３ ０．０１８ １６．１８ ７．４４ ０．３２ ０．９７
标准值 ≤０．０９ ≤０．０３ ≤１．００ ≤１．００ － ≤０．０４ １６．００~１８．００ ６．５０~７．７５ － ０．７５~１．５０

１．３ 拉伸试验
从断裂扭簧 上截取试样, 按 照 GB / T２２８．１－
２０１０ « 金属材 料 拉 伸 试 验 第 １ 部 分: 室 温 试 验 方
法» 和 GB / T２４５８８－２００９ 进行拉伸试验, 结果见表

２ , 可见各项测试结果均符合技术要求.
表 ２ 扭簧拉伸性能测试结果
Tab敭２ Tensile p ro p ert y testresultsoftorsions p rin g
抗拉强度 断后伸长率 断后收缩率
项目
Rm / MPa A / ％ Z / ％ 图 ３ 扭簧表面形貌
实测值 １７２１ １０．５ ５７ Fi g 敭３ Mor p holo gy oftorsions p rin g surfce
标准值 １６８０~１９３０ ≥４ ≥１０ 当裂纹扩展至扭簧中心部位时, 又分为两个疲劳源
继续扩展( 位置 ３ 和 ４ ), 直至扭簧发生瞬断.
１．４ 硬度测试 １．６ 金相检验
按照 GB / T４３４０．１－２００９ « 金属材料 维氏硬度
对扭簧的圆周截面及轴向截面分别取样, 利用
试验 第 １ 部分: 试验方法», 对扭簧的外表面、 内表
金相显微镜观察其显微组织.由图 ５ 和图 ６ 可知,
面及纵截面心部进行硬度测试.由表 ３ 可知簧丝内
扭簧内表面存在大小不一的凹坑缺陷, 凹坑最大深
表面的硬度高于外表面和心部的, 这与各部位的马
度约为 ６０ μ m , 组织为马氏体 ＋ 析出相, 轴向截面上
氏体含量有关.
的析出相呈带状分布.
表 ３ 扭簧硬度测试结果
２ 分析和讨论
Tab敭３ Hardnesstestresultsoftorsions p rin g HV０．２
测试部位 硬度测试值 平均值
该断裂扭簧的化学成分、 力学性能及硬度均符
外表面 ４１６ , ３８７ , ４００ ４０１
合相关标准的技术要求, 其显微组织为马氏体 ＋ 析
内表面 ４１２ , ４６９ , ４４２ ４４１
出相, 未见异常, 可以排除由于扭簧簧丝材料不合格
心部 ４１５ , ４１１ , ３９７ ４０８
引起的断裂.
１．５ 断口分析 在扭簧表面发现有沿轴向分布的划痕和拉丝,
对扭簧断口进行超声清洗后, 在扫描电镜下观 而扭簧对表面缺陷十分敏感, 表面缺陷的存在会降
察其微观形貌, 结果如图 ４ 所示.可见断口明显分 低其使用寿命 [ ５Ｇ６ ] . GB / T２４５８８－２００９ 中 明 确 规
为两个区域: A 区为瞬断区, 表面有韧窝特征; B 区 定簧丝表面不允许存在上述表面缺陷.在随后的金
有海滩状辉纹, 为典型疲劳断口特征 [ ３ ] .从图 ４a ) 相检验中也观察到扭簧圆周截面及轴向截面存在多
中位置 １ 和 ２ 可见, 疲劳裂纹源起始于扭簧表面 [ ４ ] , 处 大 小 不 同 、 深 度 不 一 的 凹 坑 , 凹 坑 最 大 深 度 达
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