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导电弹簧断裂原因分析:受力加强导致连接处变形

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:同时可以看到,导电弹簧断裂区域有一小部分基本由圆形变成直线形。无疑断裂导电弹簧在缠绕圈处的受力要增加很多,粗略估计要增加1 倍以上,这是造成将导电弹簧连接处的圆环拉成直线的原因。金相分析与硬度测定结果表明,断裂与未断裂的导电弹簧金相组织类同,均是在固溶体基体上分布第二相颗粒。SEM 断口分析表明,导电弹簧断裂的断口并非疲劳断口,而是拉伸断口。

导电弹簧断裂原因分析:受力加强导致连接处变形

对比图5-41 与图5-42 可见:未断裂的导电弹簧缠绕两圈后进行焊接,将导电弹簧固定在连接点上,而断裂导电弹簧仅缠绕一圈就焊接在连接点上。由图5-42 可见,断裂的导电弹簧是在缠绕圈部位断裂,断裂位置大约在缠绕圈圆环的1/2 处。同时可以看到,导电弹簧断裂区域有一小部分基本由圆形变成直线形。说明断裂的弹簧在断裂前首先受到较大应力,将铍青铜丝拉直,然后类似对“圆柱样品”进行拉伸,造成导电弹簧丝断裂。由于断裂导电弹簧仅缠绕一圈固定连接点上,造成缠绕圈受力与未断裂导电弹簧有很大不同。无疑断裂导电弹簧在缠绕圈处的受力要增加很多,粗略估计要增加1 倍以上,这是造成将导电弹簧连接处的圆环拉成直线的原因。由于缠绕圈处受力增加,有可能超过材料所能承受的载荷,大大增加断裂的可能性。

金相分析与硬度测定结果表明,断裂与未断裂的导电弹簧金相组织类同,均是在固溶体基体上分布第二相颗粒。在晶粒内可观察到滑移带,见图5-45、图5-46、图5-51、图5-52。图中平行线为淬火形变滑移带,波纹为沿某一平行晶面族截面在特定方向上所形成的腐蚀线,这种晶面的腐蚀效应在孪晶处可以观察得尤为清楚。硬度测定结果表明两种弹簧的硬度基本一致,根据金相组织与硬度测定结果可以推断不论是断裂导电弹簧还是未断裂导电弹簧,它们的强度应该基本一致。仔细分析可以发现断裂导电弹簧的金相组织与未断裂导电弹簧相比略有区别,主要表现在断裂弹簧中析出物似乎是多些且颗粒也大些,见图5-48~图5-51。

硬度测定表明,无论是断裂的导电弹簧还是未断裂的导电弹簧,中部硬度值在HV280~290,而边缘硬度值仅为HV180~190。边缘硬度偏低有可能是镀金层的影响。资料介绍QBe2材料在经过固溶时效或冷轧时效后硬度可以达到HV320~360。

SEM 断口分析表明,导电弹簧断裂的断口并非疲劳断口,而是拉伸断口。这点与宏观分析结果一致,即弹簧在使用时将铍青铜丝首先拉直,然后继续施加应力,由于应力超过材料本身的抗拉强度发生断裂。启裂点在中部偏下的区域,见图5-55 和图5-56。这个现象符合拉伸样品断口启裂点特征。值得提出的是,在断口上发现以下状况:

(1)断口可以分成两个区域,一个是成韧窝状有明显塑性变形的区域,见图5-55 和图5-56。该区域可见明显的二相粒子及二相粒子脱落留下的孔洞。

(2)另一个区域是在断口下方(在断口上方,见图5-55 和图5-56)在该区域较平滑,且在启裂点有一个明显的很大的孔洞,旁边还有一个白色的夹杂物。

断口形貌不均匀,反映出材料内部本身性能不均匀,这个结果与硬度测定结果一致。夹杂物的存在对断裂肯定有不利影响。能谱分析表明,夹杂物主要由C、O、Si、Cl、Pb、Cu、K 等组成。二相颗粒进行能谱分析表明,二相颗粒主要是由Cu、O、C、Pb、Si、K、Ca 组成。能谱分析中的K、Cl 有可能是空气中元素的影响。(www.xing528.com)

对导电弹簧表面进行分析可知外表面进行镀金处理,对基体进行分析表明主要是Cu。由于Be 为轻元素,故能谱分析不能测定出来。

应该说明的是按照标准QBe2 成分分析,基体中应该含有0.5%~0.2%的Ni,但是在能谱分析中没有发现基体中Ni 的存在。

根据上面分析可以认为铍青铜导电弹簧的断裂是下面几个综合因素影响造成的:

(1)固定节点采用缠绕单圈连接,在弹簧受力时增加了缠绕圈处应力。

(2)在断裂弹簧缠绕单圈的区域恰好有夹杂物存在,更增加了开裂的可能性。

(3)铍青铜丝的硬度可能偏低。

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