弹簧进行失效分析原因案例介绍及弹簧化学材质表面材质测试

弹簧进行失效分析原因案例介绍及弹簧化学材质表面材质测试 华瑞测检测拥有一套科学的检测、分析设备，及经验丰富的技术团队，专业从事检测分析技术服务。

针对开关联杆弹簧进行失效分析，

失效件 1 件及若干参考件如图1，

其中失效件为断裂失效；参考件为正常件，材料为 SWP-B Per JIS G3522，且表面有 MAGNI 565 镀层；弹簧是装在车门锁里的，与之相连的是塑料的壳体和金属的上盖，弹簧设计扭矩 3026357 开关联杆弹簧：安装扭矩42N.mm+/-10%；全行程扭矩 94.7Nmm+/-10%；要求对断裂弹簧进行失效分析。

图1 来样宏观形貌（箭头指向断口，右图为参考件）

2. 样品信息  

3. 化学成分分析  

4 硬度分析

5.宏观及断口分析

收到失效开关联杆弹簧1件，出现断裂在最外圈可能是受力最大的部位，接近弹簧拐角处如图2箭头所示部位；断口污染严重；断口分为两部分，相对平齐。

图2 断裂形貌（左图箭头指向断口，右图箭头指向断裂部位）

扫描电镜下观察，低倍下断口形貌如图 3，断口污染严重；经清洗后断口形貌如图 4，断口分为上下两部分， 断口相对平整，断面中部有一条裂纹，为上下两部分断口交汇处；A 处断面形貌如图 5 有韧窝特征；B 处断面形貌如图 6 有疲劳台阶及疲劳条纹；C 处断面形貌如图 7 有疲劳条纹；D 处断面形貌如图 8、E 处断面形貌如图 9 均有疲劳条纹；

弹簧表面形貌如图 10，表面较为粗糙，且表面涂层有被磨掉的现象；在其它表面甚至发现有微裂纹现象如图11、图 12。

图3 断面低倍原貌           图4 断面经清洗后形貌

图5   A区断面形貌              图6 B区断面形貌，有疲劳条纹

图7 C区断面形貌有裂纹、微裂纹    图8 D区断面形貌有疲劳条纹及金属挤压现象

图9 E区断面形貌             图10 弹簧表面形貌，表面粗糙

图11 表面形貌，有微裂出现，     图12 表面形貌，有微裂出现，

箭头指向裂纹              箭头指向裂纹

6.金相分析

6.1 非金属夹杂物分析

图13 非金属夹杂物

6.2 镀层厚度

检测方法		GB/T 6462-2005
检测设备		ZEISS AXIO IMAGER. A2M
检测结果 （um）如图 14
测量点	1	2	3	4	5	均值
磷化层	1.9	2.0	2.3	4.5	2.8	2.7
MAGNI 565	3.8	5.9	4.8	5.7	6.5	5.3

图14 表面涂层形貌及表面缺陷

6.3 基体组织分析

图 15 纵向剖面组织形貌            图 16 横向剖面组织形貌

6.3 缺陷分析

图17 横向剖面形貌，箭头指向缺陷     图18 纵向剖面组织形貌，箭头指向缺陷

7.分析和讨论

7.1 失效开关联杆弹簧出现断裂是在最外圈可能是受力最大的部位，断口污染严重；

7. 2 扫描电镜下观察，断裂是在弹簧表面开始的；断面有两部分；

7. 3 失效件及参考件弹簧表面较为粗糙，有些部位有微裂纹；

7. 4 化学成分符合 SWRS82A 要求；

7. 5 非金属夹杂物及基体组织正常；

7.6 从服役条件看，弹簧的硬度偏高，增大脆性和疲劳断裂的风险；

7.7 涂层不均匀，表面有微裂纹等开口型缺陷。

8.结论

8.1. 此开关联杆弹簧出现断裂属于扭转弯曲疲劳断裂；断裂源于表面缺陷；

8.2 表面出现微裂纹等开口型等缺陷，与原材料冷拔态表面质量有关；

8.3 调整材料的热处理工艺，特别是保证中温回火工艺条件，调低弹簧使用硬度；也可以更改选材牌号， 降低含碳量为 0.5~0.7%；

8.4 对磷化工艺进行控制，考虑去氢处理，以及避免由于酸洗不均匀引起的表面缺陷。