中國知名金相制樣設備耗材廠商
——以材料顯微組織分析技術進步為己任，以金相試樣制備輕松高效真實為目標
王立輝 徐巍
(中國北車集團齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司，黑龍江齊齊哈爾 161002)
摘 要：對碟形彈簧裂紋件和原材料，采用金相檢驗、化學分析、硬度試驗、掃描電鏡等手段進行綜合分析。根據蝶形彈簧靜壓后出現開裂這一現象，結合其生產工藝流程以及裂紋起始部位斷口微觀形貌特征，分析認為蝶形彈簧的開裂屬于氫致延遲裂紋。
關鍵詞：碟形彈簧，延遲，裂紋
THE ANALYSIS OF CRACKS ON THE FORM SPRING COILWang Li-hui Xu Wei
(CNR，Qiqihar Railway Rolling Stock(Group)Co.，Ltd.Qiqihaer161002,Heilongjian,China)
ABSTRACT：Cracks on the disc spring parts and raw materials, using metallographic examination, chemical analysis, hardness testing, scanning electron microscopy by means of a comprehensive analysis. Butterfly spring under static cracking after this phenomenon, combined with its production process and fracture morphology of crack initiation site characteristics, analysts believe that the spring butterfly belonging to hydrogen-induced delayed cracking cracks.
KEY WORDS：Disc springs, delay, cracks
1 概況
碟形彈簧在成品件靜壓試驗后，發現碟形彈簧出現裂紋，裂紋是沿徑向分布的，且裂紋率高達30%。經了解斷裂碟形彈簧的材質為：60Si2MnA，工藝路線為：下料→熱沖型（700～750℃圓形）→車內、外園→磨平面→熱成型（800～850℃/10分鐘）→熱處理→噴砂→靜壓（12小時）→酸洗、磷化（60～70℃）→靜壓試驗（24小時）。
為找出產生裂紋的主要原因，我們分析靜壓試驗后有裂紋的碟形彈簧、熱處理前的碟形彈簧、熱處理后的碟形彈簧，并做沒有磷化、酸洗的碟形彈簧24小時靜壓試驗。根據要求，取試樣：一個有裂紋的碟形彈簧成品件(其宏觀形貌見圖1)、一個熱沖形后未經熱處理的碟形彈簧金相試塊（2#試樣）和一個熱處理后的金相試塊（3#試樣）。我們在保護好斷口不受污染的條件下，在斷裂的蝶形彈簧上切取試樣，用于斷口分析、金相組織分析、硬度檢驗和化學成分分析，其取樣部位見圖1。
試樣編號：1-1#、1-2# 斷口試樣及金相試樣；1-3#化學成分和硬度檢驗試樣.
2# 金相試樣。
3 分析與討論
3.1 斷裂碟形彈簧試樣化學成分實測值符合標準要求；
3.2 硬度檢驗：斷裂碟形彈簧試樣硬度值符合要求，但偏于上限；
3.3 斷裂碟形彈簧硫化物細小且較多，有部分硫化物在下料熱沖形時被切斷，在碟簧內外圓表面形成類似于V型開口缺陷。
3.4 金相組織：熱處理前組織為珠光體+鐵素體，略呈帶狀；熱處理后組織為回火屈氏體，呈嚴重的帶狀組織分布。
3.5裂紋起始部位的斷口微觀形貌特征為沿晶+準解理，并有二次裂紋，晶界上除基體元素外沒有發現其它雜質元素，有氫致延遲開裂的特征。外圓周面和凹面均有分布不均勻的解理面是因為碟形彈簧存在不均勻的脫碳層所至。
3.6碟形彈簧經過酸洗，將發生酸水溶液與金屬鐵的電化學反應，該反映是一個析氫過程，析出的氫原子在結合成分子之前很容易浸入碟形彈簧內部，浸入碟形彈簧內部的氫原子在應力作用下將向高應力區擴散，致使碟形彈簧發生氫致延遲開裂。
3.7 靜壓試驗時，根據碟形彈簧的結構特點及應力分布圖得知，碟簧凹面的外圓周上受力最大。
3.8 對熱處理后、磷化前的碟簧試樣進行24小時靜壓，沒有發現裂紋。看來除氫處理是避免氫致開裂的有效措施。
4 結論與建議
碟形彈簧裂紋件的失效形式為氫脆，屬于氫致延遲斷裂。建議蝶形彈簧酸洗后，及時對其進行除氫處理。
參考文獻：
[1]張英會,劉輝航,王德成.彈簧手冊[M].北京:機械工業出版社,2000.
[2]李炯輝,施友方,高漢文.鋼鐵金相圖譜[M].上海：上海科學技術出版社,1981.
[3]桂立豐.機械工程材料測試手冊—物理金相卷[M].遼寧：遼寧科學技術出版社, 1999.
