扭转弹簧断裂分析

断裂弹簧材料为60Si2Mn，弹簧成型后表面经酸洗和磷化，在装配时发生断裂。

断口用扫描电镜分析，低倍下可观察到断口有两个区域。裂源区位于弹簧断口表面处，沿断口一侧呈狭长区，见图1中A所示区。该区在高倍下有氢脆特征。另一区域占断口面积大部分，见图1中B所示区，该区为安装时外应力作用引起的断裂区。

由断口分析可得出，弹簧由于酸洗不当，产生氢脆裂纹，在装配时裂纹尖端处形成应力集中区而造成扭断。

图1

说明：弹簧断口低倍形貌。按断口形貌可分为两部分，图中A区呈长条状，断口呈脆性，裂源位于箭头所示处。B区较平坦，其上呈螺旋形的变形特征，为装配时在扭转应力作用下引起的断裂。中间一圆形区域为最后断裂区。

图2

说明：图1中裂源附近区放大像。可见断口次表面有一夹杂物，放射状条纹由该点向四周发散，说明该点为裂源。在酸洗时产生的氢原子进入金属基体后常在缺陷处聚集。夹杂物常为捕获氢的陷井；该处聚集大量的氢后形成氢分子，产生较大的拉应力，稍有外应力作用就以此为源产生氢致裂纹。

图3

说明：裂源附近断口的高倍图像。为准解理断裂，并有较多的二次裂纹。由于氢原子进入金属晶格，脆化了金属，使原先韧度较好的材料出现脆性断裂。这种由氢引起的准解理断裂又称氢解理。

图4

说明：弹簧断口B区微观形貌，为带有方向性的细小均匀的韧窝。这区域是在安装时的扭断区。该区受氢的影响较小或未受氢影响，因而仍保持韧性断裂的特征。但由于弹簧在安装应力作用下发生应力过载断裂。