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        彈簧斷口分析方法

        彈簧斷口分析方法
          彈簧斷口分析分宏觀分析與微觀分析兩大類。放大倍數在50X以下稱為宏觀彈簧斷口分析,放大倍數在50X以上稱為微觀彈簧斷口分析。
          
          一、宏觀分析
          
          宏觀分析指用肉眼、放大鏡或低倍率光學顯微鏡觀察分析彈簧斷口。宏觀分析是斷裂分析的基礎,通過宏觀分析可以確定斷裂的性質、受力狀態、裂紋源位置、裂紋擴展方向及材料性能估價。
          
          根據彈簧斷口表面粗糙度及反光情況可以大致判斷斷裂性質。一般解理斷裂彈簧斷口表面光滑平整,彈簧斷口顏色光亮有金屬光澤。韌窩彈簧斷口表面呈纖維狀粗糙不平,表面顏色灰暗無結晶顆粒無金屬光澤。疲勞彈簧斷口上通常有海灘狀花樣,疲勞源處光滑細膩。脆性材料瞬斷區為結晶狀,韌性材料為纖維狀和剪一切唇彈簧斷口。脆性沿晶彈簧斷口為結晶狀和反光的小刻面。應力腐蝕彈簧斷口表面無金屬光澤。
          
          觀察彈簧斷口上有無塑性變形、剪切唇、毛刺及臺階能夠判斷零件受力情況。脆性彈簧斷口在彈簧斷口附近沒有宏觀塑性變形跡象,彈簧斷口源區邊緣無剪切唇,彈簧斷口與正應力垂直。剪切彈簧斷口附近有明顯的塑性變形,彈簧斷口傾斜呈45度角,彈簧斷口沿最大剪切應力平面擴展。
          
          材料性能估價:根據拉伸彈簧斷口上纖維區、放射區和剪切唇三區比例可以粗略估價材料性能。纖維區比例大材料的塑性韌性好,放射區比例大材料的塑性降低,脆性增大。又如沖擊彈簧斷口上若無放射區說明材料的塑性好。若放射區比例大則材料脆性大。
          
          另外還要觀察彈簧斷口表面是否有氧化色及有無腐蝕的痕跡,據此判斷零件工作溫度、工作環境。
          
          二、光學顯微鏡彈簧斷口分析
          
          光學顯微鏡彈簧斷口分析是指用金相顯微鏡和雙鏡筒的立體顯微鏡分析彈簧斷口。
          
          在宏觀分析后一般用光學顯微鏡觀察材料的顯微組織及裂紋形態特征、走向及裂紋始末端情況及裂紋兩側顯微硬度變化、夾雜物分布和裂紋內的氧化物或腐蝕產物形態等內容。
          
          為搞清彈簧斷口走向與組織的關系經常在光學顯微鏡下觀察與彈簧斷口對應的顯微組織。將斷日保護好后在與其垂直或成一定角度的剖面上制取全相試樣。也可用光學顯微鏡觀察彈簧斷口復型。
          
          三、電鏡彈簧斷口分析
          
          透射電鏡與掃描電鏡近年來在斷門分中得到了廣泛的應用。
          
          透射電鏡在彈簧斷口分析中的應用卞要是:
          
          1)塑料一碳二級復型用來觀察彈簧斷口形態,它能給出掃描電鏡所不能分辨的細節并可以在更高的倍率下觀察這些細節。例如在掃描電鏡下很難觀察到鋼鐵中的疲勞條紋,如做塑料一碳二級復型在透射電鏡下觀察就可以得到清晰的條紋圖像。圖2-11為18NC16鋼尾輸出錐齒輪疲勞彈簧斷口塑料一一碳二次復型照片。在2-1118NC16鋼錐齒輸疲勞輝紋x 28000掃描電鏡下看不到疲勞條紋。
          
          2)彈簧斷口萃取復型:利用AC紙將彈簧斷口上夾雜物或第二相質點萃取下來做電子衍射分析確定這些質點的晶體結構,如結合能譜分析所給出的質點成份就能更準確的定結構。圖2- 12為35CrNiMoV鋼彈簧斷口上的條狀a-MnS夾雜及其電子衍射譜。
          
         。3)為搞清斷裂的原因有時需要從彈簧斷口上切取金屬薄膜進行透射電鏡分析。研究引起斷裂的質點形態、大小及分布以及與母相間位向關系。圖2-13為12Cr1MoV鋼解理彈簧斷口,圖2-14為從該彈簧斷口上切取金屬薄膜的透射電鏡照片及衍射譜。經分析產生解理斷裂的原因是在(001)面上片狀釩的氮化物析出所致。
          
          掃描電鏡由于放大倍率連續可調(從20倍~上萬倍)、景深大、立體感強,不需另外制備樣品,在彈簧斷口分析中得到了廣泛的應用
          
          1)利用掃描電鏡觀察彈簧斷口形貌:
          
          2)觀察與彈簧斷口成一定角度的剖面組織,研究彈簧斷口形貌與顯微組織之間的對應關系、裂紋走向、斷裂機理。圖2-15(a、b)為雙相鋼彈簧斷口剖面照片。從照片2-15(a)中看到在較高△K時解理斷裂主要發生在鐵素體相內。在低△K和高△K時(圖2-15b),疲勞裂紋繞過馬氏體,始終在鐵素體相內擴展。
          
          3)配有能譜或波譜的掃描電鏡上可進行彈簧斷口上夾雜物、第二相或微區成份分析。
          
          4)在配有動態拉伸臺的掃描電鏡上可以觀察拍照拉仲樣品裂紋萌生、擴展直至斷裂全過程。
          
          5)采用與金相浸蝕劑相同的腐蝕試劑淺腐蝕彈簧斷口表面可同時顯示彈簧斷口形貌與顯微組織。
          
          6)利用位向腐蝕坑技術即利用晶體材料腐蝕后的幾何形狀與晶面指數之間的關系研究晶體取向,分析斷裂機理或斷裂過程。
          
          7)表2-3給出腐蝕坑技術中常用腐蝕劑。腐蝕時間一般為幾秒至十幾秒。
          
          8)彈簧斷口定量分析研究彈簧斷口上幾種形貌特征的分布、大小及數量之間的關系。
          
          9)利用掃捕電鏡立體對技術能夠觀察到具有立體形貌的特征。圖2-16為低碳鋼立體對照片。

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