彈簧鋼絲拉拔斷裂分析

(湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司高線廠 湖南 湘潭 411101)

一、引言

在現(xiàn)代各種運(yùn)輸工具、工程機(jī)械中，彈簧鋼絲作為一種重要的零件得到了廣泛應(yīng)用，其質(zhì)量是否可靠，在一定程度上直接決定了整個(gè)設(shè)備機(jī)械的運(yùn)行效果，必須加強(qiáng)其生產(chǎn)質(zhì)量控制。根據(jù)彈簧鋼絲的生產(chǎn)實(shí)踐可知，拉拔斷裂是一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，其原因眾多，需做好斷裂口檢查與生產(chǎn)工藝過(guò)程分析，查明具體問(wèn)題來(lái)源，開展針對(duì)性的處理，切實(shí)解決斷裂問(wèn)題。

二、彈簧鋼絲性能要求

在機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)中，彈簧屬于是關(guān)鍵部位，如：飛機(jī)、鐵道車輛以及一些工程機(jī)械中均得到了廣泛應(yīng)用，彈簧鋼絲質(zhì)量是否合格、性能是否優(yōu)良，直接影響到整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行安全與可靠性。以重載汽車、船舶中的氣門彈簧為例，其工況屬于是高應(yīng)力、動(dòng)載荷，運(yùn)行條件較為苛刻，疲勞壽命達(dá)107，由此彈簧鋼絲性能要求十分高，包括：抗拉/疲勞強(qiáng)度、塑性/韌性等等，本文主要從彈簧鋼絲的生產(chǎn)過(guò)程入手，分析了常見(jiàn)的拉拔斷裂問(wèn)題，切實(shí)保證彈簧鋼絲生產(chǎn)質(zhì)量滿足要求。

三、彈簧鋼絲拉拔斷裂情況分析

鋼熱軋盤條在拉拔成為彈簧鋼絲過(guò)程中斷裂是生產(chǎn)中的一個(gè)常見(jiàn)現(xiàn)象，某公司彈簧鋼絲生產(chǎn)過(guò)程中，多次出現(xiàn)拉拔斷裂問(wèn)題，有的發(fā)生在盤圓開始階段，有的尚未盤圓就已經(jīng)斷裂。基于此，為了查明鋼絲拉拔斷裂原因，現(xiàn)送檢6支鋼絲，牌號(hào)55Si Cr A，四種規(guī)格：13.0 mm、13.2 mm、14.5 m m各1 支，13.6 mm 3 支。成品鋼絲經(jīng)淬火-回火調(diào)質(zhì)處理前，在磷酸鋅水溶液中進(jìn)行表面磷化處理。

現(xiàn)采用斷口分析、外觀檢查、金相檢查、能譜分析等方法,對(duì)彈簧鋼絲拉拔過(guò)程中發(fā)生的斷裂原因進(jìn)行分析：

(1)斷口分析：6支鋼絲斷口共同宏觀特征：有1個(gè)裂紋源區(qū)、裂紋快速擴(kuò)展區(qū)、終斷區(qū)，裂紋源區(qū)斷口表面存在明顯氧化銹蝕痕跡，后兩個(gè)區(qū)域?yàn)樾迈r斷口，根據(jù)斷口表面放射狀條紋的走向，判斷裂紋起于鋼絲表面。微觀特征：通過(guò)掃描電鏡觀察，顯示鋼絲裂紋起始處斷口存在沿晶斷裂特征，分布有不同程度氧化層，裂紋快速擴(kuò)展區(qū)，主要為韌窩如昔圖1、2分別是鋼絲裂紋起始處、快速擴(kuò)展區(qū)的微觀形態(tài)示意圖。

(2)外觀檢查：6支鋼絲裂紋起始處斷口毗鄰鋼絲表面可見(jiàn)白亮色癱痕，略凸起，存在金屬附著物。

(3)金相檢查：橫截面金相檢查結(jié)果顯示，彈簧鋼絲顯微組織正常，斷口毗鄰金屬顯微組織與基體金屬相同，無(wú)異常，裂紋起始部位可見(jiàn)金屬附著物。

(4)能譜分析：采用能量色散譜儀開展成分分析，查明白亮色癱痕、金屬附著物均為金屬鋅。

圖1 鋼絲裂紋起始處微觀形態(tài)示意圖

圖2 快速擴(kuò)展區(qū)的微觀形態(tài)示意圖

四、彈簧鋼絲拉拔斷裂原因與處理

根據(jù)上述檢查結(jié)果結(jié)合鋼絲生產(chǎn)工藝流程分析初步判斷，鋼絲拉拔斷裂主要是因?yàn)橐簯B(tài)金屬鋅引起金屬脆化斷裂。

根據(jù)分析可知，金屬鋅熔點(diǎn)是419.4℃，當(dāng)其附著在鋼絲表面，并隨著鋼絲進(jìn)入淬火回火處理流程，則會(huì)因?yàn)闊崽幚頊囟蕊@著高于鋅的熔點(diǎn)而轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，由此導(dǎo)致鋼絲沿晶開裂。當(dāng)鋼絲已經(jīng)出現(xiàn)了金屬脆化裂紋后，受到應(yīng)力作用，則脆化裂紋前沿形成應(yīng)力集中，產(chǎn)生鋼絲的瞬時(shí)整體斷裂。

根據(jù)彈簧鋼絲生產(chǎn)過(guò)程分析可知，無(wú)論是鋼絲表面磷化、淬火、回火處理，亦或是盤圓過(guò)程中，鋼絲均是處于彎拉應(yīng)力作用下進(jìn)行，引發(fā)鋼絲發(fā)生液態(tài)金屬脆化開裂。

基于此，必須在彈簧鋼絲生產(chǎn)過(guò)程中，查明金屬鋅的來(lái)源，防止其附著在鋼絲的表面，從根本上消除引起鋼絲金屬脆化的介質(zhì)因素，防止在后續(xù)生產(chǎn)中出現(xiàn)類似的事故。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在彈簧鋼絲生產(chǎn)過(guò)程中，拉拔斷裂問(wèn)題較為常見(jiàn)且成因眾多，如：晶粒粗大且不均勻、存在非金屬夾雜物等，對(duì)此需針對(duì)實(shí)際斷裂樣品進(jìn)行檢查分析，包括：斷口分析、外觀檢查、金相檢查、能譜分析扽得更，切實(shí)查明問(wèn)題原因所在，對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)’處理，全面提高彈簧鋼絲生產(chǎn)質(zhì)量，為市場(chǎng)提供可靠產(chǎn)品。

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