Взлом кода разрушения пружины: Анализ и результаты испытаний | MachineMFG

Взлом кода разрушения пружин: Анализ и результаты испытаний

0
(0)

Справочное описание:

Недавно группа пружин одной компании сломалась во время испытаний. Процесс изготовления пружин включает в себя термообработку с охлаждением, шлифовку, фигурную формовку, предварительное упрочнение, газовое азотирование, упрочнение и горячую закалку.

Был проведен анализ, чтобы определить причину растрескивания сломанной пружины.

Метод и оборудование для испытаний

Содержание теста: анализ макроморфологии;

Испытательное оборудование:

  • Стереомикроскоп M250;
  • Металлографический микроскоп DM6000;
  • Сканирующий электронный микроскоп ZEISS EVO18;
  • Энергетический спектрометр ZEISS EVO18.

Результат теста

Макроскопический морфологический анализ

После проведения испытаний трех отмеченных образцов после весны они были идентифицированы как образец № 4, образец № 3 и образец № 3, как записано. На рис. 1 показано, что все три образца испытали усталостное разрушение.

Исходя из ровности поверхности разрушения и площади зоны мгновенного разрушения, можно сделать вывод, что первоначальное разрушение произошло в образце № 4, затем в образце № 3 и, наконец, в образце № 3.

Светло-желтый цвет источника является результатом азотирование обработка. Азотирование - это процесс химико-термической обработки, при котором атомы азота проникают в поверхностный слой заготовки в определенной среде при определенной температуре. Детали, подвергнутые азотированию, демонстрируют превосходную износостойкость, усталостную прочность, коррозионную стойкость и устойчивость к высоким температурам.

Излом пружины находится в месте возникновения усталости и выглядит ярко-белым. Вследствие износа нитридного слоя поверхность усталостная прочность уменьшается, что приводит к усталостному растрескиванию.

Рис. 1 Макрофотография перелома сломанной пружины

Металлографический анализ микроструктуры

На рис. 2 приведена металлографическая микрофотография поперечного сечения сломанной пружины.

Как показано на рис. 2, на поверхности пружины имеется тонкий белый азотированный слой, который выглядит волнистым и неравномерным по толщине.

Рис. 2 Металлографическая микрофотография поперечного сечения пружины разрушения

Металлографическая микрофотография продольного сечения сломанной пружины приведена на рис. 3.

Из рис. 3 видно, что на поверхности пружины имеется белый азотированный слой и явная полосовая структура.

Рис. 3 Металлографическая микрофотография продольного сечения пружины излома

На рис. 4 представлена металлографическая микрофотография поперечного сечения пружины после усталостного испытания.

Из рис. 4 видно, что на поверхности пружины в результате усталостного испытания появились белые импульсные структуры.

Рис. 4 Металлографическая микрофотография поперечного сечения пружины после усталостного испытания

Прожилковая структура - это тип нитридной сети, которая образуется под воздействием высоких температур, азотного потенциала или длительного времени азотирования.

Поскольку слой азотирования на пружинных деталях очень тонкий, любые негативные последствия длительного процесса можно свести к минимуму.

Вероятной причиной таких эффектов могут быть слишком высокие температуры азотирования или азотные потенциалы.

Наличие прожилок может снизить усталостную прочность азотированного слоя.

Испытание на микротвердость

Результаты испытаний пружины на поверхностную микротвердость показывают, что поверхностная микротвердость пружины составляет около 560HV, а микротвердость сердцевины - около 510HV.

СЭМ-анализ поверхности излома

На рисунке 5 показана микрофотография SEM излома пружины.

По микрофотографии видно, что разрушение произошло в результате усталости и началось с внешней поверхности пружины.

Зона усталостного расширения относительно невелика и составляет лишь около 20% трещины.

За зоной усталостного расширения следует область быстрого расширения.

В этой области наблюдается нестабильный елочный рисунок и локальные полосы быстро распространяющейся усталости.

На месте излома пружины заметны царапины и ямки, что указывает на то, что именно они стали основной причиной излома.

Кроме того, в области источника трещин присутствуют сферические частицы.

Рис. 5 SEM-микрофотография разрушенной пружины

Анализ химического состава фрактографических частиц методом EDS

Для изучения происхождения частиц излома мы провели анализ состава микроучастков с помощью энергетического спектра EDS.

Результаты анализа показывают, что основными элементами в частицах являются Mo и Cr, что может свидетельствовать о наличии смазочных материалов в смазочное масло.

Таблица 1 Результаты анализа энергетического спектра EDS твердых частиц (%)

элемент% по весу
CK3.83
OK4.07
CrK8.77
FeK56.28
NiK3.85
MoL23.20
всего100

Рис. 6 Результаты анализа энергетического спектра EDS твердых частиц

Таблица 2 Результаты анализа энергетического спектра 2EDS для твердых частиц (%)

элемент% по весу
CK2.28
OK16.35
CrK3.83
Mn K0.46
FeK38.49
NiK38.59
всего100.00

Рис. 7 Результаты анализа энергетического спектра 2EDS для твердых частиц

Заключение

Режим разрушения пружины таков усталостное разрушение.

Источником усталости сломанной пружины, по-видимому, является износ, на что указывает ярко-белый внешний вид и изношенный нитридный слой. Этот износ снизил усталостную прочность поверхности, что привело к усталостному растрескиванию.

Наличие импульсной структуры на поверхности также будет способствовать снижению усталостной прочности материала.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх