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65Mn拉簧断裂原因分析【失效分析案例】

65Mn拉簧断裂原因分析



1.情况介绍



      该拉簧直径为8mm,材质为65Mn,硬度要求HRC45~50,拉簧表面镀铬处理;在服役时发生断裂,拉簧外观及断裂位置见图1,断裂发生在拉簧尾勾与工作圈过渡位置。现将分析结果介绍如下:


图1 拉簧外观及断裂位置



2.理化分析



2.1断口分析

       拉簧的断口宏观形貌见图2,从断口形貌分析,拉簧断口呈金属疲劳断裂特征,断口底部为断裂起始段(疲劳源),向上可见因交变应力作用产生的海滩纹(疲劳扩展区)约占整个断面的1/5,海滩纹以上区域呈现快速断裂粗瓷状断口(快速断裂区)。



图2 断口宏观形貌

2.2金相检验

2.2.1非金属夹杂物检验

      在拉簧断口附近取样进行金相分析,根据GB/T10561-2005评定其非金属夹杂物,级别为:A1.0、B0.5、C0.5、D0.5,见图3。


图3 100X 拉簧非金属夹杂物微观形貌


2.2.2微观组织检验

       拉簧边缘组织见图4,无脱碳现象;拉簧金相组织见图5,金相组织为屈氏体+珠光体+部分未溶铁素体。


图4  100X  拉簧边缘组织形貌           


 图5  500X 拉簧金相组织

2.3硬度试验

      在拉簧断裂位置附近取样,依据GB230.1-2009标准进行洛氏硬度试验,试验结果见表1。硬度值检测结果低于技术要求规定值下限。

表1 拉簧硬度检测结果              HRC

样品名称

硬度值

拉簧

38.5   39.6  39.0  平均值:39.0

技术要求

45~50

2.4化学成分分析

      在拉簧断裂位置附近取样,进行化学成分分析,分析结果见表2,其化学成分符合GB/T1222-2007中65Mn的技术要求。


表2 拉簧的化学成分(质量分数)     wt%

元素

C

Si

Mn

Cr

检测值

0.64

0.25

0.97

0.032

标准值

0.62~0.70

0.17~0.37

0.90~1.20

≤0.25

元素

Ni

Cu

P

S

检测值

0.016

0.033

0.013

0.005

标准值

≤0.25

≤0.25

≤0.03

≤0.035



3.结论



(1)拉簧表面无氧化脱碳,非金属夹杂物洁净度良好;

(2)拉簧的化学成分符合GB/T1222-2007中65Mn的技术要求;

(3)拉簧的硬度值低于技术要求规定值下限;

(4)拉簧的金相组织为屈氏体+珠光体+部分未溶铁素体;

(5)拉簧的断裂形式为疲劳断裂。热处理工艺不当导致拉簧的硬度低于规定值下限值,拉簧刚度减小,导致拉簧的实际使用寿命低于设计寿命,拉簧发生早期疲劳断裂。


—End— 

文章来源:机械装备缺陷与失效分析

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