某SUV车型螺旋弹簧断裂失效分析及优化
某SUV车型在耐久试验过程中,螺旋弹簧上平端第一圈末处发生断裂。本文针对可能导致螺旋弹簧失效的机理逐一排查分析,出螺旋弹簧断裂失效真因,进而对结构或者生产工艺进行优化提升。
标签:螺旋弹簧;断裂;失效机理;优化提升
1 概述
上海大众高尔夫某SUV车型在可靠性耐久试验中先后出现2次螺旋弹簧断裂(图1)的严重质量问题。据对故障件分析,发生部位均出现上平端第一圈,现从螺旋弹簧材质检验、结构设计及工作角度、表面防腐处理工艺等方面进行分析,查明真因并进行优化。
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2 原因排查
2.1 螺旋弹簧的材质问题
2.1.1 失效件的材料化驗结果
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2.1.2 硬度测试
用洛氏硬度计对断裂弹簧的硬度进行检验,其外层硬度为HRC49,中心处的洛氏硬度是HRC48,在技术要求的HRC47- HRC52范围内。
2.1.3 断口分析
由于弹簧断裂后又经历了一段氧化腐蚀时间,断面锈蚀严重,经高锰酸钾溶液清洗后的形貌如图2所示,由于锈蚀严重,清洗后仍有少量的氧化物附着,但仍可看出,裂纹起源
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于弹簧内侧表面附近,断口与轴线呈45°螺旋状,无明显的塑形变形,断面上有粗大的裂纹扩展条棱,同时发现还有表面裂纹及内部裂纹。裂纹源表面的形貌如图3所示,裂纹源处的表面及其粗糙,有麻坑,而相邻其他地方较为平坦。由于清洗对断口真实面貌有一定的损伤,电镜下已分辨不出断裂机制,但仍留有有用的信息,图4为断裂源区形貌,断面分布有大量的氧化夹杂物,图5为瞬断区形貌,断口有夹杂物形成的孔洞。
中华俊杰frv2.1.4 金相分析
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从断裂弹簧的断裂面附近取样制成金相试样在显微镜下观察,弹簧横截面组织如图6所示,基体为回火屈氏体,表层无脱碳,晶粒细小,有大量的圆斑点物,经能谱分析结果为氧化物类夹杂,纵向组织呈带状分布,见图7。
2.1.5 分析与讨论
断裂弹簧材料的化学成分以及热处理硬度均合格,满足性能要求。而断口分析可知,弹簧断裂表面有腐蚀麻坑,弹簧内侧非接触面也有麻坑,所以断裂源区表面损伤不是在弹簧工作时形成的。而金相分析表明,材料内部存在较多的非金属夹杂物。