试验结果与分析：弹簧钢丝性能的正火测试与断裂分析

1）圆柱压缩螺旋弹簧断裂宏观分析

对公司提供的断裂簧进行编号后拍摄宏观照片，见图5-100～图5-102。

图5-100　圆柱压缩螺旋弹簧断裂照片

图5-101　断裂弹簧断口外观形貌照片

图5-102　断裂弹簧断口宏观形貌照片

从图5-100 和图5-101 中圆柱压缩螺旋弹簧断口外形可见：

（1）弹簧端部是经过端正头部平面处理，断裂位置基本均在距离平整端部2～3 圈位置。

（2）不同弹簧断口面与钢丝轴线夹角有所不同，有些成 45°夹角，也有些断口面与轴线的夹角接近90°。由于弹簧均是在剪切应力作用下断裂，所以45°断口形貌是合理的，其他形式的断口应该属于非正常断裂。

（3）3 号样品断口形貌非常特殊，断口沿钢丝纵向撕裂，显然属于非正常断裂。说明弹簧除受到剪切力作用外，还受到垂直于钢丝直径的应力作用。

（4）弹簧表面发生锈蚀，一些弹簧表面有明显的锈蚀坑，见图5-101。

（5）在断口隐约可见一些疲劳弧线，见图5-102。

2）断裂圆柱压缩螺旋弹簧金相分析

在断裂圆柱压缩螺旋弹簧取样进行金相组织分析，结果见图5-103～图5-106。

图5-103　1 号样断裂圆柱压缩螺旋弹簧夹杂

图5-104　1 号样断裂圆柱压缩螺旋弹簧金相组织

图5-105　3 号样断裂圆柱压缩螺旋弹簧夹杂

图5-106　3 号样断裂圆柱压缩螺旋弹簧金相组织

由图5-103～图5-106 可见，钢中有氧化物夹杂和硅酸盐夹杂物，由于公司没有提供检测标准，难以判断材料是否合格。纵向金相呈现带状组织，分白区、黑区两种组织。横向金相呈现白区、黑区团絮状两种组织。由图可知材料是经过淬火＋回火处理的，与公司提供信息吻合。

3）正火试验结果分析(www.xing528.com)

弹簧钢丝直径太小无法测定成分，采用正火方法，根据珠光体含量判断钢碳量。对3 号断裂圆柱压缩螺旋弹簧进行750 °C×5 min 正火处理，处理后的金相见图5-107。断裂圆柱压缩螺旋弹簧正火处理后的硬度值见表5-29。

图5-107　3 号样断裂圆柱压缩螺旋弹簧750 °C 退火处理后金相组织照片

表5-29　3 号750 °C×5 min 退火后显微硬度值（HV1.0）

根据金相组织与硬度测定结果可知，材料含碳量在0.7%左右，组织基本由珠光体（很少量铁素体）组成，与公司提供的信息钢丝采用70 钢制备相吻合。

4）断裂圆柱压缩螺旋弹簧硬度测试

将断裂弹簧金相组织中不同区域进行硬度测试，结果见表5-30。

表5-30　1 号样品断裂弹簧金相组织汇总黑区、白区硬度值

由表5-30 可见，断裂圆柱压缩螺旋弹簧的金相分白区、黑区组织，硬度测试发现黑区组织比白区组织硬度稍低，说明圆柱压缩螺旋弹簧面的组织有所不同。同时对1 号、3 号断裂弹簧进行横向与纵向显微硬度测定，结果见表5-31～表5-33。

表5-31　1 号断裂弹簧纵向样品硬度值HV1.0

表5-32　3 号断裂弹簧纵向样品硬度值HV1.0

表5-33　3 号断裂弹簧横向样品硬度值HV1.0

由表5-31～表5-33 可知，断裂弹簧的洛氏硬度值在48～50。钢丝的横向硬度值高于纵向硬度值，这是因为钢丝是经过拉拔制成的，对于弹簧而言在此范围的硬度值偏高。

5）断裂弹簧断口SEM 分析结果

对1 号与3 号断裂弹簧的断口在扫描电镜下分析微观形貌，目的是进一步明确断裂机制，结果见图5-108 和图5-109。

图5-108　1 号样品断口微观形貌照片

图5-109　3 号样品断口微观形貌照片

由图5-108 和图5-109 可见：

（1）两个样品裂纹源均在表面。

（2）在两个样品断口表面，均可观察到疲劳辉纹，说明弹簧的断裂机制为疲劳断裂。

（3）在弹簧断口的裂纹源区、裂纹扩展区域均观察到腐蚀坑、腐蚀产物及微裂纹。