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汽车后背门用植绒弹簧断裂失效分析

嘉峪检测网 2019-05-16 11:29

导读:某汽车厂于2017年8月发现一例支撑用后背门植绒弹簧断裂事故。该弹簧在行驶7400km后发生断裂,其宏观形貌如图1所示,弹簧钢丝直径为5.8mm。

事故背景

 

后背门植绒弹簧是起支撑作用的主要部件,汽车后背门的开启和关闭主要靠植绒弹簧来实现,因此植绒弹簧的正常运行对后背门的正常开启至关重要。

 

某汽车厂于2017年8月发现一例支撑用后背门植绒弹簧断裂事故。该弹簧在行驶7400km后发生断裂,其宏观形貌如图1所示,弹簧钢丝直径为5.8mm。

 

图1 断裂植绒弹簧的宏观形貌

 

为了查明该植绒弹簧断裂失效的原因,笔者对其进行了一系列的检验和分析。

 

理化检验

 

1、断口宏观形貌分析

 

植绒弹簧断口形貌如图2所示。

图2 植绒弹簧断口宏观形貌

 

宏观检查发现,弹簧断口断裂源处表面有明显缺陷和腐蚀产物,断裂部位未见明显塑性变形,断口较平齐,断裂源处可见有一处缺口,表明是应力集中处。由上述特征可判断,该弹簧断口为脆性断裂断口。体视显微镜观察发现断裂源附近有疑似腐蚀产物。

 

2、断口微观形貌和能谱分析

 

断口微观形貌观察发现,裂纹起始部位具有泥块状花样及沿晶和穿晶混合形貌特征,且伴有微裂纹产生,呈较明显的应力腐蚀断裂特征,如图3所示。

汽车后背门用植绒弹簧断裂失效分析

图3 植绒弹簧断口微观形貌

 

断口扩展区呈准解理形貌特征,故判断弹簧断裂为应力腐蚀所致。断口侧面微观观察发现,断裂起始部位对应一条微裂纹,断裂起始于裂纹末端处,如图4所示。

汽车后背门用植绒弹簧断裂失效分析

图4 植绒弹簧侧面微裂纹形貌

 

断裂源附近能谱(EDS)分析发现有腐蚀性元素氯存在,如图5所示;正常区域能谱分析未见异常元素。

 

汽车后背门用植绒弹簧断裂失效分析

图5 断口表面腐蚀产物能谱分析结果

 

3、植绒弹簧钢丝化学成分分析

表1是植绒弹簧钢丝直读光谱仪化学成分分析结果。

 

表1 植绒弹簧钢丝化学成分分析结果(质量分数)

汽车后背门用植绒弹簧断裂失效分析

 

可见植绒弹簧钢丝各元素含量均符合EN 10270-2:2011«机械用弹簧钢丝第2部分:油淬火和回火弹簧钢丝»对FD SiCrV钢成分的要求,弹簧钢丝材料成分合格。

 

4、植绒弹簧金相分析

对断裂植绒弹簧取样进行金相分析,未发现非金属夹杂物、脱碳等缺陷,显微组织为细针状马氏体+回火屈氏体,见图6,未见金相组织异常。

汽车后背门用植绒弹簧断裂失效分析

图6 植绒弹簧显微组织形貌

5、植绒弹簧钢丝硬度检测

植绒弹簧钢丝的硬度检测结果见表2,在正常淬、回火组织硬度范围内。

 

表2 植绒弹簧钢丝硬度检测结果

汽车后背门用植绒弹簧断裂失效分析

 

综合分析

 

由以上理化检验结果可知:植绒弹簧的化学成分符合标准对FD SiCrV钢成分的要求;显微组织为细针状马氏体+回火屈氏体,属于正常的弹簧淬、回火组织,未见非金属夹杂物和脱碳等异常组织;硬度亦在弹簧钢丝正常淬、回火组织硬度范围内。

 

断口观察发现植绒弹簧断裂部位未见明显塑性变形,断口较平齐,可判断为脆性断裂。体视显微镜观察发现断裂源附近有疑似腐蚀产物。扫描电镜观察发现裂纹起始部位存在泥块状花样及沿晶和穿晶混合形貌特征,且伴有微裂纹产生,具有较明显的应力腐蚀断口特征,扩展区断口呈准解理形貌特征,故判断弹簧断裂为应力腐蚀开裂所致。断口侧面微观检查发现断裂起始部位对应一条微裂纹,断裂起始于微裂纹末端处;断裂源附近能谱分析发现有腐蚀性元素氯存在。

 

氯元素为植绒弹簧应力腐蚀开裂提供了腐蚀性条件,弹簧材料硬度较高,为应力腐蚀敏感材料,加之弹簧在工作过程中承受拉应力,从而导致弹簧发生了应力腐蚀开裂。

 

结论及建议

 

该汽车后背门用植绒弹簧断裂为应力腐蚀开裂所致;弹簧断裂的主要原因为所使用的润滑油中含有强腐蚀性元素氯,使弹簧在应力和腐蚀环境的共同作用下发生了应力腐蚀开裂。

 

建议在后续使用时选用正规品牌、有质量保证的润滑油,避免选用价格低廉的三无产品。

 

 

 

来源:理化检验

关键词: 弹簧 弹簧断裂 失效分析

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