弹簧钢矫直时断裂的分析.pdf

工 艺 材 料装备机械 安徽省科技重大专项（编号：）收稿日期：作者简介：吉颂（），男，本科，工程师，主要从事设备维护与改进工作弹簧钢矫直时断裂的分析 吉颂马鞍山钢铁股份有限公司安徽马鞍山 摘要：某深加工企业在对弹簧钢热轧盘条进行矫直时发生断裂现象。对断口形貌进行观察，结合金相组织、脱碳、硬度均匀性等检验结果，进行综合分析，确认并非材料原因导致断裂。对矫直设备参数进行检查，发现由于夹送辊压力值设置不当，发生挤压变形，造成弹簧钢矫直过程中局部应力过大，进而引发断裂。通过调整夹送辊压力值，消除弹簧钢矫直时断裂现象。：，关键词：弹簧钢；矫直；断裂；分析 ：；中图分类号：文献标志码：文章编号：（）弹簧钢概述油淬火回火弹簧钢通常用于制造各种高应力弹簧，其中，大规格油淬回火弹簧钢主要用于制作乘用车悬架簧等。原材料弹簧钢盘条加工弹簧时，通常采用热绕簧方式，深加工流程为热轧盘条，矫直，定径，剥皮，探伤，锯切，热卷簧，油淬火回火热处理，喷丸，热强压，整型。弹簧是安全零部件，性能和表面质量的要求都较高，表面不得有裂纹、擦伤等缺陷。某深加工企业在进行弹簧钢热轧盘条到棒材的矫直加工时，发生断裂现象。笔者对断裂原因进行分析，并进行相应改进。宏观断口形貌分析该企业加工弹簧钢剥皮材，具体工艺流程为热轧盘条上料，开卷，矫直，定径，拉料，剥皮，探伤，锯切，成品检验，打捆，称重，入库。断裂发生在矫直过程中，钢种为 。弹簧钢断裂部位的断口形貌如图 所示，断口形态较为一致，红圈位置为裂纹起源处，均为表面起裂，之后裂纹扩展，直至失稳断工 艺 材 料 装备机械 裂。此外，断裂样表面发现擦伤及变形。图 断裂部位断口形貌 扫描电镜断口分析对弹簧钢断口进行扫描电镜分析，扫描电镜下断口形貌如图 所示，可以清楚地看到裂纹源自表面，之后向内部扩展。裂纹源区形貌如图 所示，裂纹扩展区形貌如图 所示。裂纹源区有许多微小空洞，也就是韧窝，应该是在矫直的扭转过程中加载的应力不当，导致表面萌生微裂纹。随着应力继续增大，微裂纹直接互相连接，并逐渐扩大，形成裂纹扩展。裂纹扩展区呈辐射状河流样花纹，为准解理断裂。在裂纹扩展区达到一定大小后，剩余界面上的实际载荷远超材料的抗拉强度，发生失稳，裂纹迅速扩展，形成放射区和剪切唇，发生断裂。裂纹源处未发现夹杂，可排除外来夹杂引起断裂的可能性。图 扫描电镜下断口形貌图 裂纹源区形貌图 裂纹扩展区形貌 材料组织及硬度分析对断口处的金相组织进行分析，确认组织为珠光体加少量铁素体，未见其它异常组织。这一组织具有优秀的综合强塑性，尤其是塑韧性较好，加工性能优。无明显脱碳层，说明并非脱碳引起表面硬度低导致断裂。在断口的正下方取样，按照 金属材料 布氏硬度试验 第 部分：试验方法 进行进行布氏硬度检验。布氏硬度（）范围为 ，符合热轧态布氏硬度（）不高于 的要求，并且波动范围小。裂纹起源区的硬度和其它区域的硬度一致，说明热轧态盘条的组织及硬度分布均匀，证明材料组织性能并非是引起矫直断裂的原因。工 艺 材 料装备机械 断口布氏硬度（）分布如图 所示，阴影区为裂纹源位置。断口金相组织如图 所示。图 断口布氏硬度（）分布图 断口金相组织 矫直操作优化通过对材料进行分析，确认并非是材料异常原因导致矫直断裂。断裂样发现表面擦伤及变形，说明矫直过程存在不当操作。因此，对矫直过程的操作步骤进行分析。线材到棒材矫直如图 所示。第一步为调整线头状态，使线头呈微向下弯曲状态，拉回喂丝导向槽装置，操作夹送辊轮正转，将线头送出喂丝导槽。第二步为将矫直机操作模式设为手动，确定水平主动轮能正常转动，打开水平主动轮。第三步为将矫直机操作模式设为自动，横移装置夹持线材横移，将料头送入预矫直机水平预矫直机轮中。第四步为设置夹送辊夹紧，施加压力，进行矫直拉料及定径。夹送辊拉料装置的压力调整十分关键，设定范围为 （），具体设定值可以根据矫直情况进行调整。经了解，由于操作人员图 线材到棒材矫直考虑到弹簧钢强度较高，为了保证矫直后的直线度，将夹送辊压力设置为 。根据矫直断裂分析结果，对夹送辊压力值进行下调优化，当夹送辊压力值为 时，弹簧钢线材矫直均未发生断裂，并且矫直后的棒材直线度满足技术要求。分析结论针对弹簧钢在矫直时发生断裂的问题进行分析，裂纹起源于表面，断口未见明显非金属夹杂，说明并非冶金质量问题带来外来夹杂引起的断裂。材料组织为珠光体加少量铁素体，组织韧性高，适合矫直等深加工，并且表面无全脱碳，总脱碳符合标准要求，布氏硬度分布均匀，说明断裂与材料组织及性能无关。断裂样表面发现擦伤及变形，证明矫直过程存在不当操作。对矫直设备参数进行检查，发现夹送辊压力设定值偏大，发生挤压变形，造成弹簧钢矫直过程中局部应力过大。此外，在矫直过程中还存在扭转力，在多种外力加载下，弹簧钢发生断裂。结束语弹簧钢对性能和表面质量的要求都较高，要求表面不得有裂纹、擦伤等缺陷。除了控制原材料热轧盘条的内部质量和表面质量外，在深加工时还要控制不可以产生表面擦伤和变形，注意设备参数的配适度。所分析弹簧钢线材到棒材矫直断裂就是由夹送辊压力值过大而引起，通过下调至合适的压力值，解决了这一矫直断裂问题。参考文献 白鹤，王伯健 汽车用油淬火 回火弹簧钢丝的发展现状 热加工工艺，（）：（下转第 页）检 测 维 护装备机械 结束语板式换热器在油田采出水余热利用项目中是关键设备，笔者主要对板式换热器在油田集输站库采出水余热利用项目中出现的堵塞、泄漏、气阻常见问题进行分析，并提出解决方法，以供业内参考。参考文献 张鑫鹏，魏立峰，苑玮琦，等 基于机器视觉的板式换热器板片微裂纹检测方法研究 机电工程，（）：祁鲁梁，李永存，张莉 水处理药剂及材料实用手册 版 北京：中国石化出版社，韩丽岩，韩佳彤 污水水质对换热器性能的影响及解决方案 建筑与预算，（）：毕海洋，端木琳 污水源热泵污水侧流化除垢与强化换热性能 土木建筑与环境工程，（）：戴行楠 污垢对城市原生污水换热的影响 北京：中国矿业大学，曲云霞，李梅，杨勇，等 污水源热泵系统污水水质与换热器材质的选择 可再生能源，（）：，黎庆明 论板式换热器的反冲洗排污 山西建筑，（）：杨崇麟 板式换热器工程设计手册 北京：机械工业出版社，王传伟，贾文广，梁晓明，等 基于正交试验的凸台型全焊接板式换热器优化 机械制造，（）：（编辑：尔东檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯）（上接第 页）黄芸琪，张朝前，糜莉萍，等 国内动车组齿轮箱润滑现状及发展趋势 润滑油，（）：刘新，伏喜胜，潘元青，等 齿轮润滑技术新进展 润滑油，（）：黄晓丹，裴帮，李优华，等 基于二阶同步挤压变换的齿轮箱故障识别 机电工程，（）：高军，李来顺，赵海板，等 高速动车组齿轮油换油周期研究 润滑与密封，（）：，杨策，梁培沛，孙玉彬，等 风力发电机组偏航和变桨减速器在用齿轮油更换周期的研究 工程机械，（）：重负荷车辆齿轮油（）换油指标：石油产品酸值的测定 电位滴定法：石油产品铜片腐蚀试验法：王丽晖，高巍，潘英胜 热轧生产线液压系统油品清洁度的检测方法 鞍钢技术，（）：，（编辑：文文檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯）（上接第 页）王秀俊，张俊东，朱珊 汽车悬架弹簧钢丝生产工艺研究 金属制品，（）：郭泽尧，邢耀进 弹簧钢疲劳寿命不稳定原因分析 金属材料与冶金工程，（）：，马志军，耿恒亮，李艳梅，等 改善 盘条组织的工艺研究 轧钢，（）：潘小静，赵宜，彭磊 钢汽车稳定杆矫直断裂失效分析 现代冶金，（）：（编辑：尔东）