彈簧鋼絲拉拔斷裂分析

(湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司高線廠 湖南 湘潭 411101)

一、引言

在現代各種運輸工具、工程機械中，彈簧鋼絲作為一種重要的零件得到了廣泛應用，其質量是否可靠，在一定程度上直接決定了整個設備機械的運行效果，必須加強其生產質量控制。根據彈簧鋼絲的生產實踐可知，拉拔斷裂是一個常見問題，其原因眾多，需做好斷裂口檢查與生產工藝過程分析，查明具體問題來源，開展針對性的處理，切實解決斷裂問題。

二、彈簧鋼絲性能要求

在機械動力系統中，彈簧屬于是關鍵部位，如：飛機、鐵道車輛以及一些工程機械中均得到了廣泛應用，彈簧鋼絲質量是否合格、性能是否優良，直接影響到整個動力系統的運行安全與可靠性。以重載汽車、船舶中的氣門彈簧為例，其工況屬于是高應力、動載荷，運行條件較為苛刻，疲勞壽命達107，由此彈簧鋼絲性能要求十分高，包括：抗拉/疲勞強度、塑性/韌性等等，本文主要從彈簧鋼絲的生產過程入手，分析了常見的拉拔斷裂問題，切實保證彈簧鋼絲生產質量滿足要求。

三、彈簧鋼絲拉拔斷裂情況分析

鋼熱軋盤條在拉拔成為彈簧鋼絲過程中斷裂是生產中的一個常見現象，某公司彈簧鋼絲生產過程中，多次出現拉拔斷裂問題，有的發生在盤圓開始階段，有的尚未盤圓就已經斷裂。基于此，為了查明鋼絲拉拔斷裂原因，現送檢6支鋼絲，牌號55Si Cr A，四種規格：13.0 mm、13.2 mm、14.5 m m各1 支，13.6 mm 3 支。成品鋼絲經淬火-回火調質處理前，在磷酸鋅水溶液中進行表面磷化處理。

現采用斷口分析、外觀檢查、金相檢查、能譜分析等方法,對彈簧鋼絲拉拔過程中發生的斷裂原因進行分析：

(1)斷口分析：6支鋼絲斷口共同宏觀特征：有1個裂紋源區、裂紋快速擴展區、終斷區，裂紋源區斷口表面存在明顯氧化銹蝕痕跡，后兩個區域為新鮮斷口，根據斷口表面放射狀條紋的走向，判斷裂紋起于鋼絲表面。微觀特征：通過掃描電鏡觀察，顯示鋼絲裂紋起始處斷口存在沿晶斷裂特征，分布有不同程度氧化層，裂紋快速擴展區，主要為韌窩如昔圖1、2分別是鋼絲裂紋起始處、快速擴展區的微觀形態示意圖。

(2)外觀檢查：6支鋼絲裂紋起始處斷口毗鄰鋼絲表面可見白亮色癱痕，略凸起，存在金屬附著物。

(3)金相檢查：橫截面金相檢查結果顯示，彈簧鋼絲顯微組織正常，斷口毗鄰金屬顯微組織與基體金屬相同，無異常，裂紋起始部位可見金屬附著物。

(4)能譜分析：采用能量色散譜儀開展成分分析，查明白亮色癱痕、金屬附著物均為金屬鋅。

圖1 鋼絲裂紋起始處微觀形態示意圖

圖2 快速擴展區的微觀形態示意圖

四、彈簧鋼絲拉拔斷裂原因與處理

根據上述檢查結果結合鋼絲生產工藝流程分析初步判斷，鋼絲拉拔斷裂主要是因為液態金屬鋅引起金屬脆化斷裂。

根據分析可知，金屬鋅熔點是419.4℃，當其附著在鋼絲表面，并隨著鋼絲進入淬火回火處理流程，則會因為熱處理溫度顯著高于鋅的熔點而轉變為液態，由此導致鋼絲沿晶開裂。當鋼絲已經出現了金屬脆化裂紋后，受到應力作用，則脆化裂紋前沿形成應力集中，產生鋼絲的瞬時整體斷裂。

根據彈簧鋼絲生產過程分析可知，無論是鋼絲表面磷化、淬火、回火處理，亦或是盤圓過程中，鋼絲均是處于彎拉應力作用下進行，引發鋼絲發生液態金屬脆化開裂。

基于此，必須在彈簧鋼絲生產過程中，查明金屬鋅的來源，防止其附著在鋼絲的表面，從根本上消除引起鋼絲金屬脆化的介質因素，防止在后續生產中出現類似的事故。

五、結語

綜上所述，在彈簧鋼絲生產過程中，拉拔斷裂問題較為常見且成因眾多，如：晶粒粗大且不均勻、存在非金屬夾雜物等，對此需針對實際斷裂樣品進行檢查分析，包括：斷口分析、外觀檢查、金相檢查、能譜分析扽得更，切實查明問題原因所在，對生產工藝進行改進’處理，全面提高彈簧鋼絲生產質量，為市場提供可靠產品。

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