彈簧是一個(gè)重要的基本部件，主要用于緩沖、減震、儲能、連接和傳遞力和扭矩。Cr17Ni7Al鋼彈簧在使用中斷裂，本文分析了斷裂的原因。斷裂彈簧的截面相對平坦，可分為明顯的兩部分：白色、平坦、明顯的凸臺；灰色、粗糙、邊緣特征明顯。對斷面的放大觀(guān)察發(fā)現，斷面有明顯的疲勞弧，疲勞弧中心指向底凸臺，可初步判斷疲勞源位于底凸臺附近，從彈簧內側向外延伸。斷裂彈簧及其斷口的宏觀(guān)形狀如圖1所示。

斷裂彈簧的化學(xué)成分見(jiàn)表1。從表1可以看出，彈簧的化學(xué)成分符合要求GB/T1220——2007中OCr17Ni7Al鋼的要求。

掃描電鏡分析

用丙酮超聲波清洗斷口，然后放在掃描電鏡下觀(guān)察。斷口形狀見(jiàn)圖2。斷面分為三部分：開(kāi)裂區、開(kāi)裂擴展區和快速斷裂區。開(kāi)裂源于凸臺底部彈簧內側的長(cháng)條形凹坑。凹坑可能是由殘渣脫落引起的。裂紋擴展區可以觀(guān)察到與擴展方向相對應的疲勞帶，具有明顯的疲勞特征。韌性特征可以在快速斷裂區觀(guān)察到。

金相和能譜分析

根據拋光和腐蝕觀(guān)察，在截面附近沒(méi)有發(fā)現明顯的冶金缺陷，組織為回火馬氏體，與遠離截面的顯微組織沒(méi)有明顯區別，也沒(méi)有發(fā)現表面脫碳現象，如圖3所示。對缺口進(jìn)行能譜分析，發(fā)現硅和鋁的氧化物。能譜分析結果見(jiàn)圖4。

疲勞是承受交變載荷的運動(dòng)部件最常見(jiàn)的失效形式之一。彈簧是承受交變載荷的典型部件。斷裂彈簧斷面有明顯的疲勞弧，這是典型的疲勞斷裂特征。疲勞弧膨脹的反向指向內徑側凸臺附近，相對平坦，外徑壁附近粗糙，邊緣線(xiàn)明顯向外壁膨脹。根據上述特點(diǎn)，可以初步確定彈簧斷裂為疲勞斷裂，裂紋起源于彈簧內徑的凸起。

微觀(guān)分析發(fā)現，截面可分為三個(gè)區域：疲勞源區域的裂紋擴展區域和快速撕裂區域。裂紋起源于凸臺內徑壁附近的長(cháng)條形凹坑，以坑兩側的端點(diǎn)為起點(diǎn)，沿兩個(gè)方向向向外壁擴展。能譜分析沿凹坑剖面取樣，結果表明凹坑對應的部位有硅和鋁氧化物，因此可以得出結論，間隙可能是由殘渣脫落引起的。裂紋擴展區有明顯的疲勞帶，這是疲勞斷裂的特征，對應于宏觀(guān)外觀(guān)。斷裂凸臺由兩個(gè)裂紋起點(diǎn)的擴展和交叉引起。

拋光狀態(tài)下，斷口附近其他部位無(wú)明顯冶金缺陷，顯微組織為回火馬氏體，與遠離斷口的組織無(wú)明顯差異，彈簧顯微組織正常。

失效的OCr17Ni7Al鋼彈簧斷裂為疲勞斷裂，疲勞源區為彈簧表面附近的夾渣。彈簧主要由夾渣的存在引起，在交替載荷的作用下導致疲勞斷裂。使用過(guò)程中，彈簧承受交替載荷，表面質(zhì)量對其疲勞性能有顯著(zhù)影響。建議提高鋼的冶金質(zhì)量，避免夾渣。