摘 要:某60Si2Mn鋼盤條在卷簧過程中發(fā)生斷裂。采用宏觀觀察、化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)、 夾雜物分析、掃描電鏡分析等方法對(duì)該盤條的斷裂原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明:在卷簧前及卷簧初期 的拉拔過程中,盤條表面受到了嚴(yán)重的擠壓或擦蹭,使組織變形,并形成了隱晶馬氏體;在后續(xù)的拉 拔過程中,盤條內(nèi)部應(yīng)力集中處萌生了微裂紋,裂紋不斷擴(kuò)展,最終導(dǎo)致盤條斷裂。 

關(guān)鍵詞:60Si2Mn鋼;盤條;硬相組織;隱晶馬氏體

中圖分類號(hào):TB31;TG115.2                        文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B                               文章編號(hào):1001-4012(2023)07-0058-03

60Si2Mn鋼是一種硅錳彈簧鋼,具有較高的疲勞 強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度、較好的韌性和塑性,在承受載荷時(shí)不 易發(fā)生塑性變形,其廣泛應(yīng)用于制作扁形彈簧、螺旋彈 簧、耐熱彈簧、大型卷制彈簧等構(gòu)件[1-2]。彈簧鋼的化 學(xué)成分、尺寸、橢圓度、表面質(zhì)量等對(duì)其性能及使用壽 命都有較大影響,因此需嚴(yán)格控制彈簧鋼的質(zhì)量。

60Si2Mn鋼是一種硅錳彈簧鋼,具有較高的疲勞 強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度、較好的韌性和塑性,在承受載荷時(shí)不 易發(fā)生塑性變形,其廣泛應(yīng)用于制作扁形彈簧、螺旋彈 簧、耐熱彈簧、大型卷制彈簧等構(gòu)件[1-2]。彈簧鋼的化 學(xué)成分、尺寸、橢圓度、表面質(zhì)量等對(duì)其性能及使用壽 命都有較大影響,因此需嚴(yán)格控制彈簧鋼的質(zhì)量。

1 理化檢驗(yàn) 

1.1 宏觀觀察

在斷裂盤條的斷口處取樣,對(duì)試樣進(jìn)行宏觀觀 察,結(jié)果如圖1所示。由圖1可知:斷口為典型斜茬 斷口,斷裂起始于盤條表面,沿著垂直于長(zhǎng)度方向擴(kuò) 展;斷口擴(kuò)展區(qū)域基本齊平,末端呈撕裂狀,并形成 斜茬;斷裂源區(qū)試樣表面有明顯擦蹭痕跡,表面氧化 鐵皮已脫落,露出純金屬光澤。

1.2 化學(xué)成分分析 

在斷裂盤條上取樣,利用直讀光譜儀對(duì)試樣進(jìn) 行化學(xué)成分分析,結(jié)果如表1所示。由表1可知:該 斷裂盤條的化學(xué)成分滿足GB/T1222—2016《彈簧 鋼》的要求。 

1.3 金相檢驗(yàn) 

沿?cái)嗔驯P條的橫向截取試樣,將試樣進(jìn)行磨 制、拋光處理,然后用4%(體積分?jǐn)?shù))的硝酸乙醇 溶液腐蝕試樣,將試樣置于光學(xué)顯微鏡下觀察,結(jié) 果如圖2所示。由圖2可知:試樣整體組織為珠 光體+鐵素體,滿足產(chǎn)品技術(shù)要求;在試樣邊緣處 可見組織受到嚴(yán)重的擠壓而發(fā)生變形,斷裂處已 經(jīng)出現(xiàn)相對(duì)基體明顯發(fā)亮的硬相組織,即隱晶馬 氏體。

1.4 夾雜物分析

按照GB/T10561—2005《鋼中非金屬夾雜物 含量的測(cè)定 標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》,將對(duì)斷裂盤 條進(jìn)行縱向切割后取樣,將試樣進(jìn)行磨制、拋光后, 對(duì)試樣中的夾雜物進(jìn)行分析,結(jié)果如表2所示,可見 該盤條的夾雜物滿足GB/T1222—2016的要求。

1.5 掃描電鏡(SEM)分析 

在斷裂盤條的斷口處取樣,將試樣用乙醇超聲 清洗,然后置于掃描電鏡下觀察,結(jié)果如圖3所示。 由圖3可知:裂紋源處較平,斷口發(fā)生嚴(yán)重變形,并 可見細(xì)碎的韌窩;試樣表面的擦蹭變形痕跡明顯,擴(kuò) 展區(qū)呈典型的脆性解理形貌特征;裂紋源處的試樣 表面有正向擠壓變形痕跡,在變形位置有垂直于試 樣軋制方向的成排橫向裂紋。 

2 綜合分析 

由上述理化檢驗(yàn)結(jié)果可知:斷裂盤條的化學(xué)成 分、顯微組織均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求;斷裂源處盤條表面有 明顯的擦蹭變形痕跡,變形處有成排的橫向裂紋;斷 口處的變形程度較嚴(yán)重,并可見細(xì)碎的韌窩;斷裂源 處可見發(fā)亮的硬相組織[3]。當(dāng)金屬材料受到外力的 大力擦蹭或擠壓時(shí),組織會(huì)發(fā)生塑性變形。在變形 過程中,晶粒發(fā)生滑移,產(chǎn)生大量的位錯(cuò),位錯(cuò)積塞 導(dǎo)致晶粒在垂直或平行于拉力方向上拉長(zhǎng)、纖維化、 破碎,并在該位置產(chǎn)生極大的應(yīng)力,使變形處的硬度 和強(qiáng)度增大,塑性和韌性降低。在拉拔卷簧的過程 中,該位置易萌生裂紋并不斷擴(kuò)展,最終導(dǎo)致材料發(fā) 生斷裂。 

當(dāng)金屬表面受到擦蹭力作用時(shí),受力位置的溫 度會(huì)急劇上升,嚴(yán)重時(shí)可達(dá)到材料的奧氏體化溫度, 奧氏體晶粒內(nèi)部的碳元素分布不均,導(dǎo)致材料內(nèi)部 不同區(qū)域的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度不同;擦蹭過程持續(xù)時(shí) 間較短,奧氏體化不均勻,晶粒在高溫狀態(tài)下發(fā)生瞬 間冷卻,導(dǎo)致晶粒沒有及時(shí)恢復(fù)、長(zhǎng)大;材料內(nèi)部發(fā) 生組織切變時(shí),馬氏體轉(zhuǎn)變溫度不同,導(dǎo)致新的組織 在奧氏體微區(qū)邊界上形核,最終得到了晶粒度很小 的淬火馬氏體,該類馬氏體尺寸較小,不能在顯微鏡 下被觀察到,故稱其為隱晶馬氏體[4-5]。馬氏體的硬 度高、塑性差,在受到拉拔力時(shí),該區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力集 中并萌生裂紋。

在盤條打包過程中,若打包線與基體之間無(wú)防 護(hù)措施,盤條表面容易發(fā)生瞬間碰撞和擦蹭,導(dǎo)致接 觸位置發(fā)生變形[6],并形成淬火組織。在裝車和運(yùn) 輸過程中,盤條與磁性材料之間易發(fā)生摩擦碰撞,產(chǎn) 生瞬時(shí)高溫,形成淬火組織;在校直過程中,盤條橢 圓度控制不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致盤條與設(shè)備之間發(fā)生異常摩 擦,摩擦過程中發(fā)生組織變形,并產(chǎn)生極大的內(nèi)能, 使材料瞬間完成局部淬火,形成了隱晶馬氏體。 

3 結(jié)論與建議 

60Si2Mn鋼盤條的斷裂原因?yàn)?在卷簧前及卷 簧初期的拉拔過程中,盤條表面受到了擦蹭,組織發(fā) 生嚴(yán)重變形,并形成了隱晶馬氏體,在拉拔力的作用 下,裂紋在該處萌生并不斷擴(kuò)展,最終導(dǎo)致盤條 斷裂。 

建議在材料打包過程中,在打包線和盤條之間 做好隔離防護(hù)工作;利用叉車調(diào)運(yùn)時(shí),防止發(fā)生嚴(yán)重 擦蹭,入庫(kù)時(shí)減少搬運(yùn);控制盤條的橢圓度,避免其 與設(shè)備之間發(fā)生局部異常摩擦。 

參考文獻(xiàn): 

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[5] 陳治娟,王學(xué)前,劉惠南,等.隱晶馬氏體形成規(guī)律的 試驗(yàn)研究[J].吉林工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1982,12(2):39- 46. 

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