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錐形彈簧墊片為什么會(huì)斷裂失效？錐形彈簧墊片斷裂失效原因分析發(fā)布者：廈門(mén)力常彈簧有限公司 發(fā)布時(shí)間：2019-04-27 14:25
無(wú)論是彈簧墊片還是碟簧墊片都廣泛應(yīng)用于機(jī)械、車(chē)輛、鐵路、船舶、橋梁、建筑等多個(gè)行業(yè)遙彈簧墊片與螺栓螺母配合使用，具有減震防松動(dòng)的作用。因其受力情況復(fù)雜，在震動(dòng)或交變載荷作用下，極易發(fā)生疲勞斷裂。近年來(lái)，由于彈簧墊片的疲勞失效所引發(fā)的事故頻頻發(fā)生，造成了重大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。因此，對(duì)于彈簧墊片的疲勞失效原因分析及對(duì)策的探討越來(lái)越受到人們的關(guān)注。
下面廈門(mén)力常彈簧有限公司將為大家分析錐形彈簧墊片斷裂失效的原因：
1 試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果
1.1 斷裂位置與斷口形貌
圖1(a)為使用后斷裂損壞的墊片，斷裂位置為兩處，分別為沿著墊片軸向斷面完全斷開(kāi)，無(wú)論是表面還是斷口均嚴(yán)重銹蝕，在超聲波振動(dòng)清洗儀中清洗斷口后，獲得低倍掃描電鏡斷口形貌(圖1(b))。從圖可以看出，斷口存在疲勞裂紋的擴(kuò)展區(qū)(A 區(qū))和瞬間斷裂區(qū)(B區(qū))。瞬間斷裂區(qū)面積相對(duì)較小，說(shuō)明該墊片是在較低應(yīng)力的作用下產(chǎn)生的疲勞斷裂。
1.2 金相組織堯成分和顯微硬度
圖2 為斷裂墊片的金相組織圖。其組織為正常的回火屈氏體組織，符合彈簧鋼的熱處理組織特征。用能譜儀對(duì)墊片的化學(xué)成分進(jìn)行分析，其結(jié)果符合彈簧鋼的相關(guān)要求。對(duì)斷裂墊片的裂紋兩側(cè)進(jìn)行顯微硬度檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)墊片自外圓柱表面至內(nèi)圓柱表面硬度值分布較平穩(wěn)，外圓柱面未見(jiàn)表面處理后的加工硬化特征。由此可見(jiàn)，該墊片經(jīng)過(guò)沖裁工序后外圓柱面未進(jìn)行表面磨光或拋丸處理，墊片的硬度梯度如圖3所示。
1.3 墊片外表面形貌
圖4(a)為未使用墊片低倍掃描電鏡照片，墊片外圓柱面不光滑，分布著大量的小凹坑，說(shuō)明墊片在使用前表面就存在著凹坑等缺陷。圖4(b)為使用后斷裂墊片的外圓柱面形貌，表面銹蝕嚴(yán)重。由此可推斷，該墊片沖壓成型后未進(jìn)行去銹拋丸處理，而且表面防銹涂層的防銹效果也不明顯。
圖5為墊片底面研磨后的形貌。圖上面為墊片的外圓，發(fā)現(xiàn)墊片外圓柱面質(zhì)量較差，存在凸凹不平的缺陷，如圖5(a)箭頭所示遙進(jìn)一步觀察還發(fā)現(xiàn)了由外表面向內(nèi)部延伸的微裂紋，如圖5(b)箭頭所示。
大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)袁新墊片的外圓柱面光亮帶較小，圖6 (a) 中兩條線(xiàn)之間所示區(qū)域?yàn)闆_裁斷面的光亮帶，可見(jiàn)光亮帶不足1mm遙在已斷裂墊片中選擇銹蝕程度較輕的部分進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)已斷裂墊片的沖裁斷面均不存在光亮帶。圖6(b)為已斷裂墊片的外圓柱面典型形貌(照片下側(cè)為墊片底面)。
2 分析與討論
大多數(shù)墊片的斷裂位置與斷口形貌基本相同，均沿著墊片的截面方向斷裂袁嚴(yán)重的斷裂為3 段，并完全斷開(kāi)遙分析后斷定，裂紋是由墊片下表面的外緣處開(kāi)裂，并向內(nèi)延伸遙墊片在裝配使用過(guò)程中，下表面外緣處承受較大拉應(yīng)力，所以裂紋優(yōu)先在此部位的缺陷處形成。從墊片的斷口形貌可以看出，疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬間斷裂區(qū)，瞬間斷裂區(qū)較小，由此可推斷該墊片處于較低應(yīng)力的工作狀態(tài)，斷裂類(lèi)型為低應(yīng)力疲勞斷裂。
一般情況下，合理沖裁件的斷面分為4 個(gè)區(qū)域院圓角區(qū)堯光亮帶堯剪裂帶和毛刺遙光亮帶表面光滑，質(zhì)量好遙剪裂帶，表面粗糙并帶有斜度，質(zhì)量較差[1]。在沖裁過(guò)程中，間隙合理時(shí)，光亮帶約占板料厚度的1/3～1/2，圓角區(qū)堯剪裂帶堯毛刺均較小。間隙過(guò)小時(shí)，沖裁斷面出現(xiàn)二次剪切現(xiàn)象，容易在第二光亮帶(即二次剪切面)產(chǎn)生潛裂紋或夾層缺陷。另外袁圓角帶堯剪裂帶均減小，而毛刺較長(zhǎng)。間隙過(guò)大時(shí)，光亮帶減小，圓角帶堯剪裂帶和毛刺均增大，斷面質(zhì)量較差[1-2]。實(shí)驗(yàn)中無(wú)論是使用前或使用后斷裂的墊片，其共同特點(diǎn)是光亮帶小，甚至沒(méi)有光亮帶(圖6)。剪切帶和毛刺區(qū)均較大，占斷面的2/3 以上。剪切帶粗糙度很高，與毛刺共同導(dǎo)致嚴(yán)重的微區(qū)應(yīng)力集中，成為疲勞破壞的關(guān)鍵因素。
從墊片的外觀形貌和顯微硬度檢測(cè)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證，墊片沖裁后未進(jìn)行表面磨光或拋丸處理，外圓表面粗糙度和毛刺等未被處理，這是導(dǎo)致疲勞斷裂的又一重要因素。文獻(xiàn)[3-4]表明，疲勞裂紋源容易在應(yīng)力集中的缺陷處產(chǎn)生，并形成微裂紋，隨后微裂紋在循環(huán)載荷作用下逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致疲勞斷裂。
3 結(jié)論
(1) 錐形彈簧墊片的斷裂類(lèi)型為低應(yīng)力疲勞斷裂。
(2) 沖裁間隙過(guò)大袁導(dǎo)致墊片光亮帶過(guò)小，剪切帶和毛刺顯著增大，表面質(zhì)量較差。
(3) 沖裁后未進(jìn)行磨光或拋丸處理，表面缺陷未得到消除，粗糙度較大。
(4) 外表面缺陷在拉應(yīng)力最大的下表面外緣處產(chǎn)生疲勞源，并在交變載荷作用下逐漸擴(kuò)展，最終疲勞斷裂。
以上就是廈門(mén)力常彈簧有限公司給大家整理“錐形彈簧墊片為什么會(huì)斷裂失效？錐形彈簧墊片斷裂失效原因分析”的相關(guān)內(nèi)容。如果大家還有更多關(guān)于碟簧,碟形彈簧,高溫碟形彈簧,碟形彈簧廠家,不銹鋼碟形彈簧,DIN6796碟墊等信息，可以關(guān)注廈門(mén)力常彈簧有限公司。電話(huà)：0592-5731967
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1 試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果
1.1 斷裂位置與斷口形貌
圖1(a)為使用后斷裂損壞的墊片，斷裂位置為兩處，分別為沿著墊片軸向斷面完全斷開(kāi)，無(wú)論是表面還是斷口均嚴(yán)重銹蝕，在超聲波振動(dòng)清洗儀中清洗斷口后，獲得低倍掃描電鏡斷口形貌(圖1(b))。從圖可以看出，斷口存在疲勞裂紋的擴(kuò)展區(qū)(A 區(qū))和瞬間斷裂區(qū)(B區(qū))。瞬間斷裂區(qū)面積相對(duì)較小，說(shuō)明該墊片是在較低應(yīng)力的作用下產(chǎn)生的疲勞斷裂。
1.2 金相組織堯成分和顯微硬度
圖2 為斷裂墊片的金相組織圖。其組織為正常的回火屈氏體組織，符合彈簧鋼的熱處理組織特征。用能譜儀對(duì)墊片的化學(xué)成分進(jìn)行分析，其結(jié)果符合彈簧鋼的相關(guān)要求。對(duì)斷裂墊片的裂紋兩側(cè)進(jìn)行顯微硬度檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)墊片自外圓柱表面至內(nèi)圓柱表面硬度值分布較平穩(wěn)，外圓柱面未見(jiàn)表面處理后的加工硬化特征。由此可見(jiàn)，該墊片經(jīng)過(guò)沖裁工序后外圓柱面未進(jìn)行表面磨光或拋丸處理，墊片的硬度梯度如圖3所示。
1.3 墊片外表面形貌
圖4(a)為未使用墊片低倍掃描電鏡照片，墊片外圓柱面不光滑，分布著大量的小凹坑，說(shuō)明墊片在使用前表面就存在著凹坑等缺陷。圖4(b)為使用后斷裂墊片的外圓柱面形貌，表面銹蝕嚴(yán)重。由此可推斷，該墊片沖壓成型后未進(jìn)行去銹拋丸處理，而且表面防銹涂層的防銹效果也不明顯。
圖5為墊片底面研磨后的形貌。圖上面為墊片的外圓，發(fā)現(xiàn)墊片外圓柱面質(zhì)量較差，存在凸凹不平的缺陷，如圖5(a)箭頭所示遙進(jìn)一步觀察還發(fā)現(xiàn)了由外表面向內(nèi)部延伸的微裂紋，如圖5(b)箭頭所示。
大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)袁新墊片的外圓柱面光亮帶較小，圖6 (a) 中兩條線(xiàn)之間所示區(qū)域?yàn)闆_裁斷面的光亮帶，可見(jiàn)光亮帶不足1mm遙在已斷裂墊片中選擇銹蝕程度較輕的部分進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)已斷裂墊片的沖裁斷面均不存在光亮帶。圖6(b)為已斷裂墊片的外圓柱面典型形貌(照片下側(cè)為墊片底面)。
2 分析與討論
大多數(shù)墊片的斷裂位置與斷口形貌基本相同，均沿著墊片的截面方向斷裂袁嚴(yán)重的斷裂為3 段，并完全斷開(kāi)遙分析后斷定，裂紋是由墊片下表面的外緣處開(kāi)裂，并向內(nèi)延伸遙墊片在裝配使用過(guò)程中，下表面外緣處承受較大拉應(yīng)力，所以裂紋優(yōu)先在此部位的缺陷處形成。從墊片的斷口形貌可以看出，疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬間斷裂區(qū)，瞬間斷裂區(qū)較小，由此可推斷該墊片處于較低應(yīng)力的工作狀態(tài)，斷裂類(lèi)型為低應(yīng)力疲勞斷裂。
一般情況下，合理沖裁件的斷面分為4 個(gè)區(qū)域院圓角區(qū)堯光亮帶堯剪裂帶和毛刺遙光亮帶表面光滑，質(zhì)量好遙剪裂帶，表面粗糙并帶有斜度，質(zhì)量較差[1]。在沖裁過(guò)程中，間隙合理時(shí)，光亮帶約占板料厚度的1/3～1/2，圓角區(qū)堯剪裂帶堯毛刺均較小。間隙過(guò)小時(shí)，沖裁斷面出現(xiàn)二次剪切現(xiàn)象，容易在第二光亮帶(即二次剪切面)產(chǎn)生潛裂紋或夾層缺陷。另外袁圓角帶堯剪裂帶均減小，而毛刺較長(zhǎng)。間隙過(guò)大時(shí)，光亮帶減小，圓角帶堯剪裂帶和毛刺均增大，斷面質(zhì)量較差[1-2]。實(shí)驗(yàn)中無(wú)論是使用前或使用后斷裂的墊片，其共同特點(diǎn)是光亮帶小，甚至沒(méi)有光亮帶(圖6)。剪切帶和毛刺區(qū)均較大，占斷面的2/3 以上。剪切帶粗糙度很高，與毛刺共同導(dǎo)致嚴(yán)重的微區(qū)應(yīng)力集中，成為疲勞破壞的關(guān)鍵因素。
從墊片的外觀形貌和顯微硬度檢測(cè)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證，墊片沖裁后未進(jìn)行表面磨光或拋丸處理，外圓表面粗糙度和毛刺等未被處理，這是導(dǎo)致疲勞斷裂的又一重要因素。文獻(xiàn)[3-4]表明，疲勞裂紋源容易在應(yīng)力集中的缺陷處產(chǎn)生，并形成微裂紋，隨后微裂紋在循環(huán)載荷作用下逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致疲勞斷裂。
3 結(jié)論
(1) 錐形彈簧墊片的斷裂類(lèi)型為低應(yīng)力疲勞斷裂。
(2) 沖裁間隙過(guò)大袁導(dǎo)致墊片光亮帶過(guò)小，剪切帶和毛刺顯著增大，表面質(zhì)量較差。
(3) 沖裁后未進(jìn)行磨光或拋丸處理，表面缺陷未得到消除，粗糙度較大。
(4) 外表面缺陷在拉應(yīng)力最大的下表面外緣處產(chǎn)生疲勞源，并在交變載荷作用下逐漸擴(kuò)展，最終疲勞斷裂。
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