Page 70 - 理化检验-物理分册2022年第七期

宫高丽: 60Si2Mn钢弹簧断裂原因

GB / T20125 — 2006 《 低合金钢 多元素含量的测定 1.4 硬度测试

电感耦合等离子体原子发射光谱法》 的要求在断裂 按照 GB / T4340.1 — 2009 《 金属材料 维氏硬度

弹簧上 取 样, 采 用 CS-200 型 红 外 碳 硫 仪 和 ICPS- 试验 第 1 部分: 试验方法》 的试验方法, 采用 VH-
7510 型电感耦合等离子发射光谱仪进行化学成分 5LA 型维氏硬度计测试弹簧的硬度, 测试结果如表
分析, 结果如表 1 所示, 可见弹簧的化学成 分符合 3 所示。由表 3 可见弹簧的次表面层硬度已超出技

GB / T1222 — 2016 《 弹 簧 钢 》 中 对 60Si2Mn 钢 的 术要求的上限, 心部硬度测试结果也处于技术要求
要求。 的上限。
表 1 断裂弹簧化学成分分析结果 % 表 3 断裂弹簧的硬度测试结果 HRC
质量分数 检测位置 / mm 测试值 平均值 技术要求
项目
C Si Mn P S Cr Ni Cu 距表面 0.04 49 , 48.9 , 49.4 49
42~48
测试值 0.58 1.61 0.77 0.01 0.004 0.16 0.038 0.010 心部 48.1 , 46.4 , 46.4 47
0.56~1.50~0.70~ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤
标准值 1.5 扫描电镜分析
0.64 2.00 1.00 0.025 0.020 0.35 0.35 0.25
用扫描电镜( SEM ) 对弹簧断口形貌进行观察,
1.3 金相检验 结果如图 3 所示。从图 3 可以看出: 断口处未观察
将断 裂 弹 簧 断 口 经 制 样、 抛 光、 侵 蚀 后, 采 用 到孔洞、 夹杂等冶金缺陷; 低倍下可见断口无旧断口

DMM-480C 型 倒 置 式 光 学 显 微 镜, 按 照 GB / T 特征, 断口处存在较平整的区域 A 、 明显放射状条纹

13298 — 2015 《 金属显微组织检验方法》 对其进行分 ( 或称撕裂棱) 的扩展区域 B 和 C , 以及最后断裂剪
切特征的区域 D ; A 区为断裂起始区, 该区域呈椭圆
析观察, 试样的显微组织形貌如图 2 所示。由图 2
可知: 弹簧基体组织为均匀回火屈氏体, 符合技术要 型分布, 断面平整, 其边缘存在明显的放射状应力台
求, 试样存在轻微的脱碳现象。脱碳深度检验结果 阶, 微观形貌为准解理; B 区和 C 区为断裂扩展区,
如表 2 所示( 表中 D 为弹簧直径)。由表 2 可知: 弹 断口呈现韧性花样, 沿由韧窝构成的晶界面扩展, 且
簧的总脱碳深度符合技术要求。 存在细小的、 发育不完整的韧窝, 断口存在明显放射
状应力台阶, 微观上为准解理断裂; D 区为最后断裂
区, 沿着扩展区撕裂棱的裂纹, 随着应力的增加, 裂
纹相互贯通形成一个贯穿的剪切面, 且断口边缘呈
现倾斜断面, 微观上为剪切断裂。

2 综合分析

上述理化检验结果表明: 弹簧的化学成分符合

GB / T1222 — 2016 对 60Si2Mn钢的要求; 弹簧的次

表面层硬度已超出技术要求的上限( 48.0HRC ), 心
部硬度也处于技术要求的上限; 弹簧基体显微组织
为均匀回火屈氏体; 弹簧表面存在轻微的脱碳现象;
SEM 观察到断口存在平整的断裂起始区, 断裂起始
区的微观形貌以准解理为主, 部分存在微裂纹特征,
在断裂起始区边缘呈现有明显的放射状应力台阶;
此外, 断口还存在明显的快速扩展区和最后断裂的
剪切区; 弹簧表面不存在凹陷、 孔洞或夹杂物等冶金
缺陷。
图 2 断裂弹簧显微组织形貌
电镀锌工艺在除油、 酸蚀、 镀锌工序中, 均易发
表 2 断裂弹簧脱碳深度检验结果 mm
生基体或镀层渗氢, 会引起镀层鼓泡和脱皮, 甚至产
项目 全脱碳深度 部分脱碳深度 总脱碳深度
测试值 0 0.04 0.04 生氢脆并导致弹簧断裂。在检修过程中对该单元制
技术要求 - - ≤2.5%D 动 缸弹簧进行了返修处理, 返修过程中采用电镀锌
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