60Si2MnA盘簧断裂失效分析

来源:沈阳大学机械工程学院作者:张正贵

采用化学成分分析、硬度测试以及宏观和微观断口分析等方法对60Si2MnA 钢盘簧失效原因进行了分析。结果表明,失效弹簧断裂源位于弹簧内侧,断口形貌呈典型的沿晶脆性断裂;组织为回火托氏体,其硬度偏高,清洗过程中由于氢的渗入致使发生氢致脆断裂。

弹簧是重要的通用性基础零件,应用非常广泛,其质量的优劣直接影响着整机的性能。弹簧在服役过程中主要起缓冲、减震、储能、联接及传递力和力矩等作用。汽车为弹簧的主要应用产业,其中又以板簧的应用量最大。板簧要求具有一定的形状精度和弹力性能要求,以及较高的弹性极限、屈服强度和疲劳强度,因此对热处理技术要求较高。有关弹簧失效分析研究很多,本文对某汽车用60Si2MnA 钢盘簧断裂失效的原因进行了分析,并提出了改进建议。

1、弹簧的生产工艺及化学成分

失效弹簧材料为60Si2MnA 钢,生产工艺流程: 原材料→弹簧绕制→淬火→清洗→回火→皂化→检验→入库。热处理工艺为箱式电阻炉中( 860 ± 10) ℃ ×40 min加热后淬火,淬火介质温度50 ℃,时间为5 ~10 min,然后于连续加热炉中( 450 ± 20) ℃ × 50 min回火后空冷,清洗时间20 ~ 40 min。采用直读光谱仪对60Si2MnA 钢的化学成分进行检测( 如表1) ,参照GB /T 1222—2007《弹簧钢》可知,材料的化学成分符合要求。

表1 60Si2MnA 弹簧钢化学成分( 质量分数,%)

60Si2MnA 弹簧钢化学成分

5、改进建议

1) 严格控制弹簧钢的来源和按照要求检验原材料。

2) 严格弹簧钢制造工艺,减少弹簧内圈的残余拉应力。

3) 严格控制产品酸洗温度和时间。

4) 控制热加工工艺,保持合理的淬火温度,有助于细化奥氏体晶粒,进而细化托氏体晶粒,从而有助于提高弹簧的韧性和疲劳强度。控制回火温度,降低回火后的弹簧硬度。在生产中控制温度比控制时间更严格和重要。

5) 改进喷丸工艺,先自由喷丸,以清除表面氧化物等,再进行应力强化喷丸,提高疲劳寿命。