55CrSi钢气门弹簧断裂原因分析

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1、PTCA(PART:APHYS.TEST.)2009年第45卷7质量控制与失效分析55CrSi钢气门弹簧断裂原因分析12孟凡西,闫行义(1.郑州煤矿机械集团有限责任公司,郑州450013;2.郑州大学材料科学工程学院,郑州450001)摘要:采用化学成分分析、金相检验和硬度测试等方法对<3.6mm55CrSi钢气门弹簧在台架试验中的断裂原因进行分析。结果表明:由于钢丝表面存在的脆性非金属夹杂物,导致气门弹簧在试验时出现早期疲劳断裂。关键词:气门弹簧;夹杂物;疲劳断裂中图分类号:TH135文献标志码:A文章编

2、号:100124012(2009)0720446202FractureReasonAnalysisof55CrSiSteelValveSpring12MENGFan2xi,YANXing2yi(1.ZhengzhouCoalMiningMachineryGroupCo.Ltd.,Zhengzhou450013,China;2.SchoolofMaterialScienceandEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,China)Abstract:The

3、fracturereasonof<3.6mm55CrSisteelvalvespringindaisexperimentwasanalyzedbymeansofchemicalcompositionanalysis,metallographicexaminationandhardnesstesting.Theresultsshowedthatthebrittlenessnonmetallicinclusiononthesteelwiresurfaceledtoearlyfatiguefracture.Key

4、words:valvespring;inclusion;fatiguefracture某厂使用<3.6mm55CrSi钢丝(油淬2回火)绕1.2低倍检验制成气门弹簧,再经去应力退火、喷丸处理及低温回将断裂弹簧用热酸侵蚀及烘干后用肉眼观察,火后处理,在进行台架试验330h后出现疲劳断裂。可见断口附近钢丝表面比较光滑,没有明显的裂纹、为找出断裂原因,笔者对断裂弹簧进行了理化检验划伤、麻坑和麻面等缺陷存在。裂纹源位于断口一和分析。侧的边缘,并由此向内扩展,见图1和图2。1理化检验1.1化学成分分析在断裂弹簧本体上

5、取样进行化学成分分析,其分析结果见表1。表155CrSi钢丝的化学成分(质量分数)Tab.1Chemicalcompositionof55CrSisteelwire(wt)%条件CSiMnCrPSCu图1钢丝断口表面形貌0.50～1.20～0.50～0.50～≤≤≤标准值Fig.1Thefractureappearanceofthesteelwire0.601.600.800.800.0300.0300.02试样0.561.440.660.710.0100.0060.011.3金相检验截取断口处试样进行镶嵌

6、、研磨和抛光后用收稿日期:20082052244%硝酸酒精溶液侵蚀。在400倍光学显微镜下观作者简介:孟凡西(1979-),男,工程师,学士。察发现脱碳层为0.01mm,未全脱碳;显微组织为·446·孟凡西等:55CrSi钢气门弹簧断裂原因分析图2断口低倍形貌图4裂纹源Fig.2FractureappearanceinlowmagnificationFig.4Thecracksource回火屈氏体(图3),未发现异常组织。图5裂纹源处非金属夹杂物Fig.5Thenonmetallicinclusionint

7、he图3钢丝的显微组织400×cracksourceFig.3Microstructureofthesteelwire1.4断口分析用扫描电镜对钢丝断口处进行分析,钢丝断口的裂纹源如图4所示,进一步观察发现裂纹源处存在夹杂物,如图5所示。对夹杂物进行能谱分析,发现其主要成分为硅、铝和铁,图6是夹杂物成分的能谱分析结果,表2为能谱分析的定量结果。明显可见钢材中有非金属夹杂物。表2夹杂物成分的能谱分析结果(质量分数)图6夹杂物的能谱Fig.6EnergyspectrumofinclusionTab.2Compo

8、sitionoftheinclusionbyenergyspectrumanalysis(wt)%回火后获得回火屈氏体组织,可保证弹簧具有高的AlMgSiOFeKS弹性强度和屈服强度,同时又有足够的韧度和塑性,11.388.9115.4536.9824.861.030.38但要使之具有高的疲劳强度和耐冲击性能还必须尽量减少钢中的非金属夹杂物,并尽量提高弹簧的表2分析与讨论面质量。对钢丝的化学成分分析以及断口的宏观