Page 80 - 理化检验-物理分册2021年第九期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202109015

某液压系统大型弹簧断裂原因

袁 萍, 陈 怡, 王敬德

( 通标标准技术服务( 上海) 有限公司四川分公司, 成都 610000 )
摘 要: 某液压系统使用的大型圆柱螺旋压缩弹簧在运行20万次后发生断裂, 采用断口形貌、
显微组织观察, 化学成分、 硬度测试等方法对弹簧的断裂原因进行了分析。结果表明: 弹簧的断裂
为低周疲劳断裂, 裂纹源区位于弹簧钢丝近表面位置的大尺寸夹杂物处; 夹杂物的存在降低了弹簧
钢内部的连续性, 弹簧钢受到拉应力和扭转作用力时萌生裂纹, 在后续服役过程中裂纹扩展, 最终
断裂; 弹簧喷丸处理形成的硬化层深度不够, 不足以抵消弹簧钢丝表面脱碳层对疲劳寿命的不利影
响, 导致疲劳寿命降低。

关键词: 圆柱螺旋压缩弹簧; 疲劳寿命; 夹杂物; 脱碳层; 喷丸; 疲劳断裂

中图分类号: TG142.1 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2021 ) 09-0064-04

CauseofFractureonLar g eS p rin g inaH y draulicS y stem

YUANPin g CHENYi , WANGJin g de
,

( SGS-CSTCStandardsTechnicalServices ( Shan g hai ) Co. , Ltd.SichuanBranch , Chen g du610000 , China )

Abstract : Alar g ec y lindricals p iralcom p ressions p rin gusedinah y draulics y stem wasfracturedafter

o p eratin g200000times.Thecausesoffractureons p rin gwereanal y zedb y fracturemor p holo gy , microstructure

observation , andchemicalcom p ositionandhardnesstest.Theresultsshowthatthefractureofthes p rin gwaslow

c y clefati g uefracture , andthecracksourcere g ionwaslocatedatthelar g einclusionsnearthesurfaceofthes p rin g

steelwire.Theexistenceofinclusionsreducedtheinternalcontinuit y ofthes p rin g steel , andcracksinitiatedwhen

thes p rin g steelwassub j ectedtotensilestressandtorsionalforce , andthecracksex p andedinthesubse q uentservice

p rocess , eventuall y fracture.Thede p thofhardenin gla y erformeddurin gp eenin gwasnotenou g htoeffsetthe

adverseeffectofdecarbonizedla y eronfati g uelifeofs p rin g steelwire , resultin g inthereductionoffati g uelife.

Ke y words : c y lindricalhelicalcom p ressions p rin g ; fati g uelife ; inclusions ; decarburizationla y er ; shot

p eenin g ; fati g uefracture
某公司生产的一件用于液压系统的圆柱螺旋压 上。为找到弹簧的断裂原因, 笔者对断裂弹簧进行了
缩弹簧, 安装完成后运行20万次即发生了断裂, 其设 金相检验、 化学成分分析、 硬度测试、 扫描电镜分析
计寿命为40万次。该弹簧的服役环境好, 无腐蚀、 灰 等, 以期减少该类事故的发生。

尘、 高温、 潮湿等条件。弹簧材料为60Si2MnA 钢, 要

求热处理态的硬度为42~48HRC ; 弹簧钢丝料直径 1 理化检验

16mm , 弹 簧 中 径 140.5~143.5 mm , 自 由 长 度 1.1 宏观形貌

610mm , 有效圈数13圈, 总圈数14.5圈; 弹簧加工工 由图1可以看出, 断后弹簧一侧有 12.5 圈, 断
艺为热卷→去应力退火→淬火+回火→喷丸→喷塑, 口位于距一端端面2圈的位置, 清除喷塑层后可见

其中喷丸的工艺为钢丸直径1.2mm , 喷丸时间15~ 弹簧表面粗糙程度较为均匀, 局部有沿棒料表面轴
20min , 喷丸方式为履带转动, 钢丸从下面打在弹簧 向延伸的线纹。由图2可以看出, 断口具有疲劳特

征, 断口裂纹源区位于断口的左上角位置, 形貌较为
收稿日期: 2020-09-14
平坦, 裂纹扩展区的放射线收敛于左上方。由图 3

作者简介: 袁 萍( 1977- ), 女, 工程师, 主要从事金属材料测试
可以看出, 裂纹源区对应的侧面有一条沿长度方向
及失效分析工作, lil y . y uan@s g s.com
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