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錐形彈簧墊片為什么會斷裂失效？錐形彈簧墊片斷裂失效原因分析發(fā)布者：廈門力常彈簧有限公司 發(fā)布時間：2019-04-27 14:25
無論是彈簧墊片還是碟簧墊片都廣泛應(yīng)用于機械、車輛、鐵路、船舶、橋梁、建筑等多個行業(yè)遙彈簧墊片與螺栓螺母配合使用，具有減震防松動的作用。因其受力情況復(fù)雜，在震動或交變載荷作用下，極易發(fā)生疲勞斷裂。近年來，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產(chǎn)損失。因此，對于彈簧墊片的疲勞失效原因分析及對策的探討越來越受到人們的關(guān)注。
下面廈門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 試驗過程與結(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，無論是表面還是斷口均嚴重銹蝕，在超聲波振動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)面積相對較小，說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。用能譜儀對墊片的化學(xué)成分進行分析，其結(jié)果符合彈簧鋼的相關(guān)要求。對斷裂墊片的裂紋兩側(cè)進行顯微硬度檢測，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)，外圓柱面未見表面處理后的加工硬化特征。由此可見，該墊片經(jīng)過沖裁工序后外圓柱面未進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，表面銹蝕嚴重。由此可推斷，該墊片沖壓成型后未進行去銹拋丸處理，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。
大量實驗發(fā)現(xiàn)袁新墊片的外圓柱面光亮帶較小，圖6 (a) 中兩條線之間所示區(qū)域為沖裁斷面的光亮帶，可見光亮帶不足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重的斷裂為3 段，并完全斷開遙分析后斷定，裂紋是由墊片下表面的外緣處開裂，并向內(nèi)延伸遙墊片在裝配使用過程中，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]。在沖裁過程中，間隙合理時，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。間隙過小時，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。間隙過大時，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]。實驗中無論是使用前或使用后斷裂的墊片，其共同特點是光亮帶小，甚至沒有光亮帶(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結(jié)果進一步驗證，墊片沖裁后未進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[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型為低應(yīng)力疲勞斷裂。
(2) 沖裁間隙過大袁導(dǎo)致墊片光亮帶過小，剪切帶和毛刺顯著增大，表面質(zhì)量較差。
(3) 沖裁后未進行磨光或拋丸處理，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展，最終疲勞斷裂。
以上就是廈門力常彈簧有限公司給大家整理“錐形彈簧墊片為什么會斷裂失效？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)注廈門力常彈簧有限公司。電話：0592-5731967
下面廈門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 試驗過程與結(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，無論是表面還是斷口均嚴重銹蝕，在超聲波振動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)面積相對較小，說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。用能譜儀對墊片的化學(xué)成分進行分析，其結(jié)果符合彈簧鋼的相關(guān)要求。對斷裂墊片的裂紋兩側(cè)進行顯微硬度檢測，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)，外圓柱面未見表面處理后的加工硬化特征。由此可見，該墊片經(jīng)過沖裁工序后外圓柱面未進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，表面銹蝕嚴重。由此可推斷，該墊片沖壓成型后未進行去銹拋丸處理，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。
大量實驗發(fā)現(xiàn)袁新墊片的外圓柱面光亮帶較小，圖6 (a) 中兩條線之間所示區(qū)域為沖裁斷面的光亮帶，可見光亮帶不足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重的斷裂為3 段，并完全斷開遙分析后斷定，裂紋是由墊片下表面的外緣處開裂，并向內(nèi)延伸遙墊片在裝配使用過程中，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]。在沖裁過程中，間隙合理時，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。間隙過小時，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。間隙過大時，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]。實驗中無論是使用前或使用后斷裂的墊片，其共同特點是光亮帶小，甚至沒有光亮帶(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結(jié)果進一步驗證，墊片沖裁后未進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[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型為低應(yīng)力疲勞斷裂。
(2) 沖裁間隙過大袁導(dǎo)致墊片光亮帶過小，剪切帶和毛刺顯著增大，表面質(zhì)量較差。
(3) 沖裁后未進行磨光或拋丸處理，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展，最終疲勞斷裂。
以上就是廈門力常彈簧有限公司給大家整理“錐形彈簧墊片為什么會斷裂失效？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)注廈門力常彈簧有限公司。電話：0592-5731967