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某圆柱压缩弹簧裂纹分析 李蹯 贵州红林机械有限公司，贵阳550009 摘要通过对裂纹弹簧的金相组织分析及裂纹断口分析，结合其工艺过程分析确认该弹簧 的裂纹主要由热处理过热引起，同时对机械加工应力和回火脆对弹簧开裂的影响也作了简要分析。 关键词弹簧裂纹热处理 1概述 某型圆柱压缩弹簧，材料为3Crl3，在完成工艺规定的加工工序后，进行磁力探伤检查工序 时发现弹簧有线型磁痕显示，并且部位均在支撑圈的内表面，探伤检验员判定为疑似裂纹，因此 要求做进一步分析。 该型圆柱压缩弹簧为工艺试验制品，其主要加工工艺： 原材料一缠绕一钳工一真空气淬一真空回火一钳工(尺寸校正)一回火一加荷时效(压缩至 规定高度、规定温度、规定时间)一振动试验一检验(包括电抛光)一磁探 2试验 2．1金相试验 对裂纹弹簧再次进行磁探检查确认，发现在弹簧的两个支撑圈的内表面都存在裂纹，并且裂 纹基本在钢丝头部沿弹簧缠绕方向的1／4圆周处，该部分经过机械磨削，钢丝径向尺寸减少较多。 其中一个支撑圈上只有一条裂纹，且较长，沿弹簧钢丝周向分布，另一个支撑圈上有长短不一的 四条裂纹，也沿弹簧钢丝周向分布。 对裂纹弹簧进行金相分析，因为裂纹在支撑圈上，所以直接对支撑圈平面轻磨后进行金相观 察，发现裂纹均表现出沿晶特征。 支撑圈上有一条裂纹的裂纹形貌见图1，裂纹起始处开口较宽，呈一喇叭口状，起始处一边 呈圆凸状，开口部分的两侧无闭合性。另一个支撑圈上的四条裂纹形貌基本一致，仅深度上有些 差异，见图2。 对另一个支撑圈上的四条裂纹的起始处进行放大观察，发现裂纹并非都由表面起始，有两条 是从亚表面起源，见图3。 对弹簧两支撑圈上的裂纹观察发现图1的裂纹与另一支撑圈上的四条裂纹的特征有其异同 点：共同的特征是裂纹均沿弹簧钢丝周向分布，且裂纹均表现出沿晶特征；不同的是裂纹的开口 形貌。如图1所示的裂纹在开口处有一较大的张开形喇叭口，而另外四条裂纹则无此特征，而且 在起始处存在闭合现象。 对如图1所示的裂纹进一步观察发现裂纹两侧有较多次生裂纹，其尾部有分叉。经腐蚀后观 察，裂纹两侧无脱碳、氧化特征。尾部的裂纹分叉形成的两条裂纹与主裂纹呈Y形，对裂纹尾部 放大观察，裂纹呈沿晶扩展(图4)。 301 图l裂纹形貌(100X) 图2另一支撑圈上裂纹形貌(100X) 图3裂纹起始处放大(亚表面起源特征)(200x)图4裂纹尾部的Y形分叉特征(500×) 对这条裂纹的整体观察发现除裂纹开口处呈现的较宽的喇叭口状，其余部分全部是呈沿晶方 式扩展的。 对另一支撑圈上的四条裂纹进行腐蚀检查，均未发现氧化、脱碳现象，在对样品制备过程中 发现在磨制面上大约为钢丝直径的中心部位有一深色圆点状，经反复磨抛，发现腐蚀吹干后总在 这个部位浸润出这一圆点痕迹(图5)，在金相显微镜下对该处进行观察，发现在该圆点中心有一 Y形裂纹(图6)。 图5圆形痕迹图(200X) 图6圆形痕迹中心的Y形裂纹(1000x) 对裂纹弹簧的组织进行观察，发现裂纹弹簧的组织有过热特征。该处晶界明显变粗，且在晶 界交汇处出现小的三角区，见图7。 2。2断口分析 由于金相观察结果显示所有的裂纹均是沿晶扩展裂纹，只有图1所示的裂纹在起始处与其他 裂纹不同，故将图1所示的裂纹打开做进一步断口分析。 打开的裂纹形成的断面如图8所示。断面有三个部分，起始处为一段约1／4钢丝周长的一条 发亮部分，小半圆的平坦区域为裂纹打开断面，有高度起伏的大断面为人工断面。 302 花样是机械的挤压特征，从钢丝表面到断面的边缘过渡较光滑，这部分的深度约有0．094ram，还 保留有钢丝表面的痕迹特征。 图7 粗大的晶界及晶界三角区(1000x) 图8裂纹打开断面 图9裂纹起始区断面形貌 对裂纹断面进行