65Mn拉簧断裂原因分析【失效分析案例】
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。
文章来源:机械装备缺陷与失效分析
