碟形彈簧在成品件靜壓試驗(yàn)后出現(xiàn)裂紋，裂紋是沿徑向分布的，且裂紋率高達(dá)30％。經(jīng)了解斷裂彈簧的材質(zhì)為：60Si2MnA，工藝路線為：下料→熱沖型（700～750℃）→車內(nèi)、外園→磨平面→熱成型（800～850℃／10min）→熱處理→噴砂→靜壓（12h）→磷化（60～70℃）、酸洗→靜壓試驗(yàn)（24h）。

1試驗(yàn)分析

為找出產(chǎn)生裂紋的主要原因，分析靜壓試驗(yàn)后有裂紋的碟形彈簧、熱處理前的碟形彈簧、熱處理后的碟形彈簧，并做沒有磷化、酸洗的碟形彈簧24小時(shí)靜壓試驗(yàn)。根據(jù)要求，取試樣：一個(gè)有裂紋的碟形彈簧成品件，其宏觀形貌見圖1，一個(gè)熱沖形后未經(jīng)熱處理的碟形彈簧金相試塊（試樣2）；一個(gè)熱處理后的金相試塊（試樣3）。在保護(hù)好斷口不受污染的條件下，在斷裂的蝶形彈簧上切取試樣，用于斷口分析、金相組織分析、硬度檢驗(yàn)和化學(xué)成分分析，其取樣部位見圖1。

試樣編號：1-1、1-2為斷口試樣及金相試樣；1-3為化學(xué)成分和硬度檢驗(yàn)試樣。試樣2為金相試樣。試樣3為金相試樣。

1.1化學(xué)分析

在斷裂的彈簧上取樣1-3，做化學(xué)成分分析，分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％）見表1。

1.2硬度檢驗(yàn)

在斷裂的彈簧上切取的試樣1-3做硬度檢驗(yàn)，其結(jié)果：HRC平均值為48.5（凹、凸面）。合格硬度值范圍為HRC39.5～48.5。

1.3金相組織檢驗(yàn)

在斷裂的彈簧上切取的試樣1-1和試樣1-2做金相組織檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果：

試樣1-1夾雜物：A型（硫化物）細(xì)2.0級；B型（氧化物）細(xì)1.0級。金相組織：回火屈氏體，帶狀嚴(yán)重。

試樣1-2夾雜物：A型（硫化物）細(xì)2.0級；B型（氧化物）細(xì)1.0級。金相組織：回屈氏體，帶狀嚴(yán)重。

試樣2夾雜物：A型（硫化物）細(xì)1.5級；B型（氧化物）細(xì)1.0級。金相組織：珠光體＋鐵素體，有輕微帶狀（圖2）。凹表面有不均勻的全脫碳層，其深度為0.08mm左右（圖3）；凸表面沒有全脫碳層，但有輕微脫碳，其深度為0.05～0.08mm。

試樣3夾雜物：A型（硫化物）細(xì)2.5級；B型（氧化物）細(xì)1.5級。金相組織：回火屈氏體，嚴(yán)重帶狀組織（圖4）。凹凸表面都有不均勻的全脫碳層，其尺寸為0.04～0.06mm。

1.4掃描電鏡分析

在蝶形彈簧裂紋處切取試樣1-1、試樣1-2，經(jīng)超聲波清洗，其宏觀斷口裂紋源處及擴(kuò)展區(qū)平整，顏色發(fā)灰，瞬斷區(qū)為層狀斷口，無宏觀變形（圖5）。用掃描電鏡觀察試樣1-1、試樣1-2斷口，高倍觀察兩個(gè)試樣裂紋源均在彈簧外圓周厚度中間位置（圖6），源區(qū)為沿晶＋準(zhǔn)解理斷裂（圖7），并有二次裂紋，晶界上除基體元素外沒有發(fā)現(xiàn)其它雜質(zhì)元素；兩個(gè)試樣在外圓周面和凹面均有分布不均勻的解理面（圖8，9）。

2分析與討論

試樣化學(xué)成分實(shí)測值符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

硬度檢驗(yàn)：試樣硬度值符合要求，但偏于上限。

硫化物細(xì)小且較多，有部分硫化物在下料熱沖形時(shí)被切斷，在碟簧內(nèi)外圓表面形成類似于V型開口缺陷。

金相組織：熱處理前組織為珠光體＋鐵素體，略呈帶狀；熱處理后組織為回火屈氏體，呈嚴(yán)重的帶狀組織分布。

裂紋起始部位的斷口微觀形貌特征為沿晶＋準(zhǔn)解理，并有二次裂紋，晶界上除基體元素外沒有發(fā)現(xiàn)其它雜質(zhì)元素，有氫致延遲開裂的特征。外圓周面和凹面均有分布不均的解理面，是因?yàn)榈螐椈纱嬖诓痪鶆虻拿撎紝铀痢?/span>

碟形彈簧經(jīng)過酸洗，將發(fā)生酸水溶液與金屬鐵的電化學(xué)反應(yīng)，該反應(yīng)是一個(gè)析氫過程，析出的氫原子在結(jié)合成分子之前很容易浸入碟形彈簧內(nèi)部，浸入碟形彈簧內(nèi)部的氫原子在應(yīng)力作用下將向高應(yīng)力區(qū)擴(kuò)散，致使碟形彈簧發(fā)生氫致延遲開裂。

靜壓試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)碟形彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)力分布圖得知，碟簧凹面的外圓周上受力最大。

對熱處理后、磷化前的碟簧試樣進(jìn)行24h靜壓，沒有發(fā)現(xiàn)裂紋。除氫處理是避免氫致開裂的有效措施。

3結(jié)語碟形彈簧裂紋件的失效形式為氫脆，屬于氫致延遲斷裂。建議蝶形彈簧酸洗后，及時(shí)對其進(jìn)行除氫處理。