某液压系统大型弹簧断裂原因

袁 萍, 陈 怡, 王敬德

(通标标准技术服务(上海)有限公司四川分公司, 成都 610000)

某公司生产的一件用于液压系统的圆柱螺旋压缩弹簧，安装完成后运行20万次即发生了断裂，其设计寿命为40万次。该弹簧的服役环境好，无腐蚀、灰尘、高温、潮湿等条件。弹簧材料为60Si2MnA钢，要求热处理态的硬度为42～48 HRC；弹簧钢丝料直径16 mm，弹簧中径140.5～143.5 mm，自由长度610 mm，有效圈数13圈，总圈数14.5圈；弹簧加工工艺为热卷→去应力退火→淬火+回火→喷丸→喷塑，其中喷丸的工艺为钢丸直径1.2 mm，喷丸时间15～20 min，喷丸方式为履带转动，钢丸从下面打在弹簧上。为找到弹簧的断裂原因，笔者对断裂弹簧进行了金相检验、化学成分分析、硬度测试、扫描电镜分析等，以期减少该类事故的发生。

1 理化检验

1.1 宏观形貌

由图1可以看出，断后弹簧一侧有12.5圈，断口位于距一端端面2圈的位置，清除喷塑层后可见弹簧表面粗糙程度较为均匀，局部有沿棒料表面轴向延伸的线纹。由图2可以看出,断口具有疲劳特征,断口裂纹源区位于断口的左上角位置，形貌较为平坦，裂纹扩展区的放射线收敛于左上方。由图3可以看出，裂纹源区对应的侧面有一条沿长度方向扩展的线纹。由图4可以看出，断口裂纹源区位于撕裂棱右侧，且裂纹源区的右侧有少量疲劳条带。

图1 断裂弹簧的宏观形貌

图2 弹簧断口宏观形貌

图3 断口裂纹源区侧面宏观形貌

图4 断口裂纹源区低倍形貌

1.2 扫描电镜分析

将断口用超声波清洗干净，按照GB/T 17359-2012《微束分析 能谱法定量分析》的要求，将断口置于SU1510型扫描电镜(SEM)下观察，并用HORIBA EMAX型能谱仪(EDS)进行成分分析。……