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0Cr17Ni7AL鋼彈簧用鋼性能分析
  • 發(fā)布日期:2022-09-06      瀏覽次數(shù):851
    • 彈簧是一個重要的基本部件,主要用于緩沖、減震、儲能、連接和傳遞力和扭矩。Cr17Ni7Al鋼彈簧在使用中斷裂,本文分析了斷裂的原因。斷裂彈簧的截面相對平坦,可分為明顯的兩部分:白色、平坦、明顯的凸臺;灰色、粗糙、邊緣特征明顯。對斷面的放大觀察發(fā)現(xiàn),斷面有明顯的疲勞弧,疲勞弧中心指向底凸臺,可初步判斷疲勞源位于底凸臺附近,從彈簧內(nèi)側(cè)向外延伸。斷裂彈簧及其斷口的宏觀形狀如圖1所示。

      斷裂彈簧的化學(xué)成分見表1。從表1可以看出,彈簧的化學(xué)成分符合要求GB/T1220——2007中OCr17Ni7Al鋼的要求。

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      掃描電鏡分析

      用丙酮超聲波清洗斷口,然后放在掃描電鏡下觀察。斷口形狀見圖2。斷面分為三部分:開裂區(qū)、開裂擴展區(qū)和快速斷裂區(qū)。開裂源于凸臺底部彈簧內(nèi)側(cè)的長條形凹坑。凹坑可能是由殘渣脫落引起的。裂紋擴展區(qū)可以觀察到與擴展方向相對應(yīng)的疲勞帶,具有明顯的疲勞特征。韌性特征可以在快速斷裂區(qū)觀察到。

      金相和能譜分析

      根據(jù)拋光和腐蝕觀察,在截面附近沒有發(fā)現(xiàn)明顯的冶金缺陷,組織為回火馬氏體,與遠離截面的顯微組織沒有明顯區(qū)別,也沒有發(fā)現(xiàn)表面脫碳現(xiàn)象,如圖3所示。對缺口進行能譜分析,發(fā)現(xiàn)硅和鋁的氧化物。能譜分析結(jié)果見圖4。

      疲勞是承受交變載荷的運動部件最常見的失效形式之一。彈簧是承受交變載荷的典型部件。斷裂彈簧斷面有明顯的疲勞弧,這是典型的疲勞斷裂特征。疲勞弧膨脹的反向指向內(nèi)徑側(cè)凸臺附近,相對平坦,外徑壁附近粗糙,邊緣線明顯向外壁膨脹。根據(jù)上述特點,可以初步確定彈簧斷裂為疲勞斷裂,裂紋起源于彈簧內(nèi)徑的凸起。

      微觀分析發(fā)現(xiàn),截面可分為三個區(qū)域:疲勞源區(qū)域的裂紋擴展區(qū)域和快速撕裂區(qū)域。裂紋起源于凸臺內(nèi)徑壁附近的長條形凹坑,以坑兩側(cè)的端點為起點,沿兩個方向向向外壁擴展。能譜分析沿凹坑剖面取樣,結(jié)果表明凹坑對應(yīng)的部位有硅和鋁氧化物,因此可以得出結(jié)論,間隙可能是由殘渣脫落引起的。裂紋擴展區(qū)有明顯的疲勞帶,這是疲勞斷裂的特征,對應(yīng)于宏觀外觀。斷裂凸臺由兩個裂紋起點的擴展和交叉引起。

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      拋光狀態(tài)下,斷口附近其他部位無明顯冶金缺陷,顯微組織為回火馬氏體,與遠離斷口的組織無明顯差異,彈簧顯微組織正常。

      失效的OCr17Ni7Al鋼彈簧斷裂為疲勞斷裂,疲勞源區(qū)為彈簧表面附近的夾渣。彈簧主要由夾渣的存在引起,在交替載荷的作用下導(dǎo)致疲勞斷裂。使用過程中,彈簧承受交替載荷,表面質(zhì)量對其疲勞性能有顯著影響。建議提高鋼的冶金質(zhì)量,避免夾渣。


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