弹簧钢丝拉拔断裂分析

(湖南华菱湘潭钢铁有限公司高线厂 湖南 湘潭 411101)

一、引言

在现代各种运输工具、工程机械中，弹簧钢丝作为一种重要的零件得到了广泛应用，其质量是否可靠，在一定程度上直接决定了整个设备机械的运行效果，必须加强其生产质量控制。根据弹簧钢丝的生产实践可知，拉拔断裂是一个常见问题，其原因众多，需做好断裂口检查与生产工艺过程分析，查明具体问题来源，开展针对性的处理，切实解决断裂问题。

二、弹簧钢丝性能要求

在机械动力系统中，弹簧属于是关键部位，如：飞机、铁道车辆以及一些工程机械中均得到了广泛应用，弹簧钢丝质量是否合格、性能是否优良，直接影响到整个动力系统的运行安全与可靠性。以重载汽车、船舶中的气门弹簧为例，其工况属于是高应力、动载荷，运行条件较为苛刻，疲劳寿命达107，由此弹簧钢丝性能要求十分高，包括：抗拉/疲劳强度、塑性/韧性等等，本文主要从弹簧钢丝的生产过程入手，分析了常见的拉拔断裂问题，切实保证弹簧钢丝生产质量满足要求。

三、弹簧钢丝拉拔断裂情况分析

钢热轧盘条在拉拔成为弹簧钢丝过程中断裂是生产中的一个常见现象，某公司弹簧钢丝生产过程中，多次出现拉拔断裂问题，有的发生在盘圆开始阶段，有的尚未盘圆就已经断裂。基于此，为了查明钢丝拉拔断裂原因，现送检6支钢丝，牌号55Si Cr A，四种规格：13.0 mm、13.2 mm、14.5 m m各1 支，13.6 mm 3 支。成品钢丝经淬火-回火调质处理前，在磷酸锌水溶液中进行表面磷化处理。

现采用断口分析、外观检查、金相检查、能谱分析等方法,对弹簧钢丝拉拔过程中发生的断裂原因进行分析：

(1)断口分析：6支钢丝断口共同宏观特征：有1个裂纹源区、裂纹快速扩展区、终断区，裂纹源区断口表面存在明显氧化锈蚀痕迹，后两个区域为新鲜断口，根据断口表面放射状条纹的走向，判断裂纹起于钢丝表面。微观特征：通过扫描电镜观察，显示钢丝裂纹起始处断口存在沿晶断裂特征，分布有不同程度氧化层，裂纹快速扩展区，主要为韧窝如昔图1、2分别是钢丝裂纹起始处、快速扩展区的微观形态示意图。

(2)外观检查：6支钢丝裂纹起始处断口毗邻钢丝表面可见白亮色瘫痕，略凸起，存在金属附着物。

(3)金相检查：横截面金相检查结果显示，弹簧钢丝显微组织正常，断口毗邻金属显微组织与基体金属相同，无异常，裂纹起始部位可见金属附着物。

(4)能谱分析：采用能量色散谱仪开展成分分析，查明白亮色瘫痕、金属附着物均为金属锌。

图1 钢丝裂纹起始处微观形态示意图

图2 快速扩展区的微观形态示意图

四、弹簧钢丝拉拔断裂原因与处理

根据上述检查结果结合钢丝生产工艺流程分析初步判断，钢丝拉拔断裂主要是因为液态金属锌引起金属脆化断裂。

根据分析可知，金属锌熔点是419.4℃，当其附着在钢丝表面，并随着钢丝进入淬火回火处理流程，则会因为热处理温度显著高于锌的熔点而转变为液态，由此导致钢丝沿晶开裂。当钢丝已经出现了金属脆化裂纹后，受到应力作用，则脆化裂纹前沿形成应力集中，产生钢丝的瞬时整体断裂。

根据弹簧钢丝生产过程分析可知，无论是钢丝表面磷化、淬火、回火处理，亦或是盘圆过程中，钢丝均是处于弯拉应力作用下进行，引发钢丝发生液态金属脆化开裂。

基于此，必须在弹簧钢丝生产过程中，查明金属锌的来源，防止其附着在钢丝的表面，从根本上消除引起钢丝金属脆化的介质因素，防止在后续生产中出现类似的事故。

五、结语

综上所述，在弹簧钢丝生产过程中，拉拔断裂问题较为常见且成因众多，如：晶粒粗大且不均匀、存在非金属夹杂物等，对此需针对实际断裂样品进行检查分析，包括：断口分析、外观检查、金相检查、能谱分析扽得更，切实查明问题原因所在，对生产工艺进行改进’处理，全面提高弹簧钢丝生产质量，为市场提供可靠产品。

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