Page 83 - 理化检验-物理分册2021年第九期

袁 萍, 等: 某液压系统大型弹簧断裂原因

受到拉应力和扭转作用力就会萌生裂纹, 在后续加
载过程中裂纹会继续扩展 [ 4-5 ] 。
一般而言硬度越高的材料, 疲劳性能越好 [ 6 ] 。
对于弹簧钢而言, 表面脱碳层厚度增加会导致疲劳
寿命下降 [ 7 ] , 弹簧钢丝外表面经过喷丸处理产生了
一定深度的加工硬化层, 但其表面也存在脱碳层, 位
于脱碳层的部分铁素体出现轻微变形, 而硬化层不
足以抵消脱碳带来的不良影响。此外, 喷丸处理过
图12 弹簧钢丝的晶粒形貌
程中弹簧表面会形成较高的残余压应力, 在弹簧承

Fi g 12 Grainmor p holo gy ofs p rin g steelwire
受交变载荷时, 可以抵消一部分拉应力, 提高疲劳强
多元素含量的测定 火花放电原子发射光谱法( 常规

度, 但抵消程度有限。这是弹簧疲劳寿命较低的一

法)》 的技术要求, 采用 SPECTRO MAXx型直读光
谱仪对弹簧钢进行化学成分分析, 结果见表3 , 可见 个重要原因。
弹簧钢的化学成分符合 GB / T1222-2016 《 弹簧 3 结论及建议

钢》 对60Si2MnA 钢的要求。
表3 弹簧钢的化学成分( 质量分数) 弹簧的断裂属于低周疲劳断裂, 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

Tab 3 Chemicalcom p ositionofs p rin g steel massfraction %
存在降低了弹簧钢内部的连续性, 弹簧钢受到拉应
项目 C Si Mn Cr Ni Cu P S
力和扭转作用力时会萌生裂纹, 在后续服役过程中

实测值 0.609 1.71 0.731 0.023 0.028 0.097 0.0140.0049
裂纹扩展, 最终断裂。此外, 弹簧喷丸处理形成的硬
0.560~ 1.50~ 0.700~ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤
标准值 化层深度不够, 不足以抵消弹簧钢丝表面脱碳层对
0.640 2.00 1.000 0.350 0.350 0.250 0.0350.0350
弹簧疲劳寿命的不利影响, 导致疲劳寿命降低。
1.5 硬度测试 建议生产弹簧的过程中尽可能减少弹簧表面的
在弹簧远离断口的横截面半径1 / 2的位置, 按 脱碳层, 喷丸处理尽可能去除表面露头夹杂物且形

照 GB / T230.1-2018 《 金属材料 洛氏硬度试验 第 成足够深度的硬化层。

1部分: 试验方法》 的技术要求, 使用 560RSS 型洛 参考文献:
氏硬度计进行洛氏硬度测试。由表4可见, 弹簧钢
硬度平均值为47.5HRC , 满足标准对热处理态弹簧 [ 1 ] 张栋, 钟培道, 陶春虎, 等. 失效分析[ M ] . 北京: 国防

钢硬度的要求。 工业出版社, 2004.
表4 弹簧钢的硬度 [ 2 ] 王荣. 失效分析应用技术[ M ] . 北京: 机械工业出版

Tab 4 Hardnessofs p rin g steel HRC 社, 2019.
项目 硬度 [ 3 ] 陈德和. 钢的缺陷[ M ] . 北京: 机械工业出版社, 1977.
[ 4 ] 苏德达, 李忆莲. 弹簧的失效分析[ M ] . 北京: 机械工
实测值 47.6 , 47.5 , 47.3
业出版社, 1988 : 205-215.
平均值 47.5
[ 5 ] 吴睿, 张晓清, 侯丽华.65Si 2MnWA 弹簧钢线状缺陷
标准值 42~48
分析[ J ] . 理化检验 ( 物理分册), 2016 , 52 ( 6 ): 435-
437.
2 分析与讨论 [ 6 ] 胡世炎. 机械失效分析手册[ M ] . 成都: 四川科学技术
出版社, 1989.
弹簧钢丝的表面线纹缺陷为许多断续夹杂物露
[ 7 ] 郑开宇, 吴小良.60Si2CrVA 弹簧立定断裂分析[ J ] .
头形成的细小裂纹。夹杂物的存在降低了钢材内部
理化检验( 物理分册), 2015 , 51 ( 9 ): 665-667.
的连续性 [ 3 ] 。 当夹杂物缺陷位于钢丝表面时, 钢丝

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