弹簧失效的原因分析
基于真空断路器操动机构弹簧失效原因分析
用下也与棘轮可靠脱 离。若 采用手动储能 ， 就直接操作手力
储 能手柄 １ 。 ０ １ 合闸操作 ． ２
分通过传动机构使断路器的动触头动作 ，进 行合 闸操作 ； 另
一
部分 则通过传 动机构使分 闸弹簧储 能 。为分 闸状态 作准
销２ ８就变成 由连板 ２ 、Ｏ和拐臂 ８组成合 闸四连杆 的一个 ６２ 临时 固定支 点 ， 于是 ， 滚轮 １ ９在 凸轮 的继续失 去下 ， 就是 合
闸四连杆 向合 闸方 向运动。
１ 分闸操作 ． ３ 分 闸可以手动 ， 也可 以用 瞬时过流脱 扣器 、 压脱扣器 、 失 分励脱扣器实现 电动分闸。采用电动分 闸时， 当脱扣器 ２ ２接
机构 接到合闸信号后 ， 闸电磁铁 ２ 合 ３的铁 芯向下吸合 ， 依次拉动导板 ２ 、杠杆 ２ ５ ９和拐臂 ３ ．使定 位件 １ Ｏ ６向上 翘 起， 使储能维持解脱 。储能维持解脱后 ， 凸轮就推动滚轮 １ ， ９ 并先后 带动连板 ２ ６和扇形板 ２ ７转动 ， 直到扇形板 ２ ７上 。 转
缓 冲 装 置ｌ
Ｌ … … … …
１ 闸 闭 锁 装 Ｉ ｌ自 由 脱 扣 装 分
… … … … … 一 一 ． ． ：
控 制
部 分
分闸弹簧力作用下带动断路器分 闸。
图 １ 弹簧操动机构组成及工作原理框 图
２ 弹簧失效的本质及原因分析
作者简介 ： 勤（９ ９ 一 ） 男， 张永 １７ ． ， 本科学历 ， ３ 电力工程工程 师， 事电网调度 工作 。 从
兰 ］
一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ～ 一 一 １
锅炉安全阀弹簧失效的分析
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圈产生塑性变形进而失效。 从 而收到可观的经 济效益 。 ４预 防安全 阀弹簧失效的措施 ２安全阀弹簧宏观检查 由图 １ 可见 ， 断裂弹簧大部分 区域 的间距都很 小 ， 些部位的 有 根据上述分析和实践操作的经验 ， 炉安 全阀弹簧失效 的预 防 锅 间距 已接近于零 。对 同种规格 型号工作正常的安全阀进行实测 ， 测 措施 主要 有 ： ４１ ． 为了防止安全 阀腐蚀失效 ， 锅炉运行管理应注 意 ：． ａ 要保养 、 得 弹簧 在 自由状态下 的高度为 ２ ２ ｍ，正 常整定压力 位 ０２ Ｍ ａ ５ｍ ． Ｐ ７ 及安全阀设计开启高度下 ， 弹簧被压缩的高度要 高于断裂 弹簧拼接 及时检修 ， 使安全 阀处于完好状态 ；． ｂ禁止锅炉在高水位 运行 ， 以防 造成 弹簧腐蚀 ；． ｃ 锅炉运行时水质复 后 的高度 ， 根据 图 １ 所示 的断裂 弹簧 拼接照片 ， 明在卸除载荷 的 安全阀排气时严重携带盐和水 ， 说 合《 低压锅炉水质标准｝ Ｂ ５ ６ １９ 要求 ， Ｇ １７ —９ ６ 防止安全阀排气 时所携 情况下 ， 弹簧处于“ 压并” 状态 ， 已经发生永久变形。 对各断裂弹簧表 引起漏气 和弹簧腐蚀 ；． 阀排 放管底 部 ｄ安全 面进行 检查 ， 发现其表 面分 布有 大量的网状裂纹 ， 裂纹分布纵横交 带 的杂质损 伤密封面 ，
以防冷却水淤积在安全 阀阀体内 ， 造成安全 阀弹簧 错， 根据弹簧 的受力状态分析 ， 在正常的单一工作载荷作用下 ， 不可 要设置疏水管 ， ｅ ． 以防锅炉房 内 灰尘长期黏积在弹簧 能产生这些纵横交错 的网状分布裂纹 ， 这些 网状裂纹的形 态与热应 腐蚀 ；要做好安全阀防尘保护 ， 力产生 的裂纹形 态相似 。 上 而 产 生腐 蚀 。 ４２ ．安全 阀在安装时其 阀杆 、 弹簧 以及 阀体 等部 件 ， 必须 在同一 ３安全 阀弹簧的质量 问题 减小 弹簧所受 的偏 心载荷 ， 大安全 阀弹簧的 增 目前 ， 安全 阀弹簧 的质量 问题 主要包 括两个方面 ， 一是应力松 轴线上且保持垂直 ， 安全应力值 ， 提高使用寿命 。 弛， 二是断裂。 ４３ －严格控制锅炉压力 ， 使安全 阀不发生频繁动作 。这可提高安 ３１ ．应力松 弛 在长期工作条件下 （ 一定 的压力和温度 ） 的安全 阀弹簧 ， 它的应 全 阀的使用寿命 ， 减少安全 阀失效 ， 确保锅 炉安全运行 ， 提高经济效 力松弛现象必然会发生 。 必须在选 材和处理工艺两方 面着手使它的 益 。 参考文献 抗松弛性能达到技术要求 。有些安全阀在受热条件下工作 ， 压力 其 偏差将大于 ±１ ％。这是一种相当普遍 的现象 。 『１ １刘金伟． 试论安全弹簧的优化设计『． 炉制造， ０ ． Ｊ锅阀弹簧的失效及预防『． 锅 Ｊ锅炉技 术， ０ ， ． ］ ２ １２ ０ ３
弹簧垫的失效原因分析及改进设计
第9卷第6期南方职业教育学刊Vol.9No.62019年11月JOUＲNAL OF SOUTHEＲN VOCATIONAL EDUCATIONNov.2019收稿日期：2019－09－10基金项目：广州市科技计划项目（2014FH000014）作者简介：陈舒萍（1972—），女，湖南浏阳人，广州铁路职业技术学院副教授，硕士，研究方向为机电设备安装方面的教学和科研。
弹簧垫的失效原因分析及改进设计陈舒萍（广州铁路职业技术学院，广东广州510430）摘要：为解决生产线上称重装置弹簧垫的失效问题，对弹簧垫的受力进行了数值模拟。
得到的线弹性变形近似分析结果表明，零件内两内圆角处的最大应力已超过材料的屈服应力；对弹簧垫与底座整体受力进一步详细分析结果表明，零件内两内圆角处已产生了塑性变形，过大的应力和变形显著降低了零件的疲劳强度，是造成零件失效的直接原因。
改进设计中，将零件悬臂受力的结构形式改为两端固支的板梁结构，能大大降低零件的应力，显著提高零件的使用寿命。
关键词：弹簧垫；数值模拟；失效分析中图分类号：TH114文献标志码：A文章编号：2095－073X （2019）06－0077－041问题的提出自动生产线是由工件传送系统和控制系统将一组自动加工机床和辅助设备，按照工艺顺序联接起来，自动完成产品全部或部分制造过程的生产系统。
生产线上零件的可靠性对生产线的正常运行、维修和管理都具有重要影响［1－2］。
如图1所示为一弹簧垫，材料为65Mn ，热处理硬度为HＲC47，用作螺旋扭带生产线上称重装置的弹性底座，图1中A 位置球面上承受50kg 压力的周期载荷，载荷频率为每分钟19次。
工作过程中，弹簧垫的使用寿命一般不到2万次，主要失效形式是在图1中B 和C 线附近部位产生裂纹而断裂，B 处断裂占大多数。
弹簧垫的使用寿命相对很短，严重影响了生产线的正常使用。
因此，进行弹簧垫零件的受力分析，找到零件失效的原因，提出解决方案，对保证生产线的稳定正常运行具有重要意义［3－4］。
弹簧断裂失效分析
测试报告报告编号：绍质测2015-013测试对象委托单位 诸暨市裕荣弹簧有限公司绍兴市质量技术监督检测院1、 本 报告无 本 单 位 “测 试专用 章 ”无效 。
效Jh 2017T5A21H t Si£I 宵 术 fi|g«X弹簧2、复制本报告未重新加盖本单位“测试专用章”无效。
3、本报告无测试人员、签发人员签字无效。
4、本报告涂改无效。
5、对测试报告有异议，应于收到本报告起十五日内向我院申请复验。
通讯资料地址：绍兴市袍江新区世纪东街17 号邮政编码：312071电话：8传真：0投诉电话：2网址：绍兴市质量技术监督检测院测试报告一.情况说明诸暨市裕荣弹簧有限公司（以下简称裕荣）生产的弹簧，在使用8年后的一次检修过程中发现断裂。
为分析该弹簧断裂的原因，裕荣委托我院对该弹簧进行失效分析，分析其断裂原因。
二.测试过程（一）、失效分析对象描述及作业时间：1、失效分析对象：此次失效分析样品如图1、2所示，图1为裕荣提供的失效弹簧件, 图2为裕荣提供的失效弹簧件的断裂失效断面。
）H n 13 14 15 16 17 18 19 -八图1.失效弹簧件图2.断裂失效断面2、作业时间：2015年2月25日〜2016年3月15日（二）、测试依据:GB/T 1222-2007《弹簧钢》，GB/T 224-2009《钢的脱碳层深度测定法》，GB/T 1239.2-2009《卷圆柱螺旋弹簧技术条件第2部分：压缩弹簧》等。
（三）、测试方法：1、化学成分分析：按照标准GB/T 1222-2007《弹簧钢》的进行检验、判定；2、断口扫描电镜分析：使用扫描电镜观察断口形貌，判断断裂种类；3、金相分析：通过对金相试样显微分析判断断口处与母材处金相组织；4、弹簧尺寸测量：使用游标卡尺对弹簧丝直径，弹簧内径，外径和节径测量。
三、测试结果（一）、化学成分分析裕荣公司提供弹簧失效工件的化学成分分析结果列于表1。
从表1可知，断口附近材料的化学成分符合GB/T 1222-2007《弹簧钢》对牌号60Si2 MnA弹簧钢材料的要求，说明材料性能未发生弱化。
阀门弹簧频繁失效的原因
阀门弹簧频繁失效的原因
阀弹簧失效的原因总结如下:
1. 高压——弹簧对外力的瞬态冲击形式可分为静态变形、冲击分解和振动变形。
弹簧复位的主要原因是大变形和高载荷。
由高压力引起。
高应力仅适用于静载弹簧，低疲劳寿命延长。
2. 氢脆-如果弹簧没有镀好或腌制好，如果氢处理不当，会导致弹簧钢脆失效，但有色金属阀门弹簧不受此影响。
在电镀溶液中，对于电解水分子，总是有一定数量的氢离子。
部分氢离子形成堆叠，部分以氢原子状态渗入镀层和金属本体，使金属本体在电镀或酸洗后在烘箱或电阻炉中脱氢。
温度和时间是根据弹簧的大小和涂层的厚度来决定的。
一般情况下，当150涂层的温度下降时，常温会变脆。
这是氢。
脆弱。
-250秒，保持0.5-5小时。
3、急弯和刻痕——拉伸、扭转和急弯所造成的扁弹簧，其刻痕或划痕会造成扁弹簧高度应力集中，造成失效，所以弯曲应变应大，并避免打印时记住。
4. 疲劳反复变形的弹簧，特别是当其周期超过106周时，即使是中等的应力也可能导致疲劳失效。
当工作条件恶劣时，应采用低应力，提高弹簧的抗疲劳性能。
在合理选材的情况下，喷丸处理不仅使弹簧表面光滑，而且提高了弹簧的抗疲劳性能，延长了弹簧的抗疲劳性能。
至少可以防止表面脱碳、小坑、压痕、裂纹等缺陷。
喷丸可以使表面产生轻微的塑性变形，产生的残余应力可以部分恢复弹簧在多次断裂后产生的拉应力，拉应力正是裂纹的来源。
碟形弹簧疲劳失效
碟形弹簧疲劳失效碟形弹簧单位体积的变形能较大，用于吸收冲击和消散能量，在受到载荷长期冲击作用时，产生径向贯穿裂纹；碟簧工作时位于碟簧凹面内环面和端面交界处，承载最大拉应力，以下是碟簧失效分析：1.由于材料成分不合理，成分偏析导致碟簧性能不均匀，例如，60Si2Mn作为碟簧材料时，含Si量偏低，降低碟簧屈服强度，导致零件提前发生脆变，甚至开裂；含P量偏高，则加剧钢的脆性倾向和成分偏析；而杂物的存在则分割了基体的连续性，成为裂纹敏感的区域，特别当分布于零件表面时，容易造成压力集中，为应力腐蚀开裂优先选择了通道。
2.加工产生裂纹。
碟形弹簧由热锻加工成型，淬火+高温回火调质处理，喷丸强化处理表面，整个加工过程中会出现碟簧内部微裂纹，造成应力集中，在使用过程中若负载过大会加速碟簧疲劳失效甚至开裂。
3.应力腐蚀。
碟簧工作时承受拉应力，当碟簧卸除载荷，其内部依然保持着残余拉应力，若碟簧长期工作在酸性液体或湿度较大环境，在拉应力作用下，溶液中的氢发生聚集，吸附在表面的空穴、腐蚀坑等缺陷处，使表面能或原子健的结合力降低，局部应力集中加剧，当裂纹的形核功大于裂纹尖端应力强度因子时，从而导致环境脆断微裂纹的形核和扩展，出现微裂纹，导致碟簧过早疲劳失效。
4.热处理不合理。
碟簧热处理时，调质处理，由于回火温度与回火后的冷却速度不当或出现偏差（譬如回火后的冷却速度过于缓慢），产生高温回火脆性；热处理表面出现脱碳现象，对碟簧的疲劳寿命产生不良影响，使碟簧的弹性极限和疲劳寿命恶化，有利于促成裂纹的形成。
5.使用环境使碟簧产生进一步的脆化。
碟簧长期工作在高温或低温的环境下，其组织缓慢发生变化，出现进一步脆化。
6.长时间使用产生材料脆化。
材料长时间使用，碟簧内部组织达到甚至超出其力学性能极限，造成脆化出现，过早产生疲劳失效。
以上每一种原因都会造成碟形弹簧在工作时产生疲劳失效，给生产应用带来损失，因此探究碟形弹簧承受载荷与形变之间的关系就十分具有应用价值，针对目前碟簧的计算公式都适用于中小载荷下的局限，探究碟簧在大载荷下的应力应变关系，得出精度较高的计算式就显得十分必要。
挂架弹簧断裂失效分析
挂架弹簧断裂失效分析挂架弹簧在吊装、运输和悬挂等方面广泛应用，但在实际使用过程中，由于一些因素的影响，挂架弹簧可能会发生断裂失效，给生产和生活带来安全隐患。
本文将从挂架弹簧失效的原因、表现及预防措施等方面进行分析。
首先，挂架弹簧的断裂失效原因主要有以下几个方面：1.疲劳：挂架弹簧在长期使用过程中受到千百次的往复应力作用，很可能发生疲劳断裂。
疲劳是弹簧断裂失效的主要原因之一。
2.过载：挂架弹簧的设计使用载荷与实际使用载荷不符，导致挂架弹簧超载，长期使用后断裂失效。
3.材料问题：挂架弹簧材料不合格，化学成分不符合标准，也可能导致挂架弹簧断裂失效。
其次，挂架弹簧的失效表现主要有以下四个方面：1. 挂架弹簧松动：当挂架弹簧松动后，会导致其加载能力降低，甚至导致其失效。
2. 挂架弹簧形变：因为挂架弹簧的负载特性并不是线性的，所以常常会发现随着负载加大，挂架弹簧的形变程度增加。
当挂架弹簧形变到极限时，会导致断裂失效。
3. 挂架弹簧裂纹：由于疲劳、材料问题等原因，挂架弹簧可能会出现不可见的裂纹，随着使用次数的增加，裂纹逐渐扩大，最终导致断裂失效。
4. 挂架弹簧变形或扭曲：挂架弹簧在使用过程中会经受各种应力作用，例如扭矩、剪切等。
当这些应力超出挂架弹簧的承受极限时，就会导致弹簧变形或扭曲，最终导致断裂失效。
最后，为了预防挂架弹簧的断裂失效，必须要采取以下预防措施：1. 选用合格材料：挂架弹簧制造时必须选用优质材料，必须符合国家标准和用户要求。
厂家必须要对材料进行必要的化学成分分析、热处理、表面处理和物理测试，确保弹簧的物性符合要求。
2. 合理延长使用寿命：为了延长挂架弹簧的使用寿命，必须合理规划使用条件、合理设置载荷以及合理布局、移动以及拆卸过程。
3. 定期检查维修：弹簧在使用中一旦出现变形、松动、裂纹等现象，必须进行及时检修或更换，特别是一些生产现场和高层建筑等高危区域，更需定期检查，确保使用安全。
总之，为了降低挂架弹簧的断裂失效风险，必须对其材料、设计、生产、运输、安装和维护过程加以严格控制，确保其在运用过程中始终保持可靠安全的状态。
扭转弹簧断裂失效问题分析
欢迎访问中国金相分析网您现在位置：失效分析 > 弹簧失效分析扭转弹簧断裂失效问题分析刘 昕 胡景豫 陈宝贵(中国人民解放军海军驻齐齐哈尔市地区军事代表室 一重集团公司质量部)摘 要：某产品大量地应用了扭转弹簧，但在样机试验过程中多次出现扭转弹簧断裂的现象。
为找出断裂原因给研制改进提供有效数据，结合实验室试验数据，提出一些看法为研制整改工作提供理论依据。
关键词：扭转弹簧 断裂 脆断 热处理某产品由于其结构特点，大量地采用了扭转弹簧来实现机构动作。
在制造中对弹簧的要求较高，一是各项指标及参数要求严格；二是可靠性要好。
但在进行调试试验过程中，发现所使用的扭转弹簧经常断裂，为找出扭转弹簧发生断裂的原因，我们运用扫描电镜、光学显微镜、硬度计和化学分析等手段进行有效分析，并结合装配现场调查，对扭转弹簧断裂进行了失效分析，找出了断裂失效的主要原因，从而为下一步的研制工作奠定了基础。
1 宏观断口观察及分析扭转弹簧断裂对应件的宏观断口形态均呈现累次状，断口边缘有极浅的剪切唇，两个断口面平直，说明扭转弹簧在断裂时塑性变形极小；另外从两个断口面上的放射状形态指向上看，断裂源均在扭转弹簧内径表面处，其在断口上的相对位置相匹配，并且断裂源区域在整个断口面上所占的比例极少，甚至可以忽略不计。
从以上现象可以初步认定弹簧脆断的可能性较大。
2 材质化学成份分析扭转弹簧材质为60Si2CrVA钢，其化学成份分析结果和该钢的GB1222-84国标数据对比情况见表1。
从表1中可以看出：扭转弹簧材质60Si2CrVA钢化学成份的质量分数满足GB1222-84标准要求。
3 显微断口观察首先将1号断口放在阳光下用低倍放大镜观察，其断裂源区域略呈白色。
在扫描电镜下，1号断口的低倍形貌见图1。
断裂源位于弹簧内径表面，稍偏里侧，断口面较平，断口边缘有极浅的剪切唇。
整个断口脆断特征明显。
4 金相观察弹簧实物表面经磷化浸油处理而呈暗红色，观察其表面发现有划痕，见图2。
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弹簧失效的原因分析
弹簧失效的原因分析
一、佛山弹簧分解弹簧永久变形及其影响因素
弹簧的永久变形是弹簧失效的主要原因之一
弹簧的永久变形，会使弹簧的变形或负荷超出公差范围，而影响机器设备的正常工作。
检查弹簧永久变形的方法
1.快速高温强压处理检查弹簧永久变形：是把弹簧压缩到一定高度或全部并紧，然后放在开水中或温箱保持10～60分钟，再拿出来卸载，检查其自由高度和给定工作高度下的工作载荷。
2.长时间的室温强压处理检查弹簧永久变形：是在室温下，将弹簧压缩或压并若干天，然后卸载，检查其自由高度和给定工作高度下的工作载荷。
二、弹簧断裂及其影响因素
弹簧的断裂破坏也是弹簧的主要失效形式之一
弹簧断裂形式可分为；疲劳断裂，环境破坏（氢脆或应力腐蚀断裂）及过载断裂。
弹簧的疲劳断裂：
弹簧的疲劳断裂原因：属于设计错误，材料缺陷，制造不当及工作环境恶劣等因素。
疲劳裂纹往往起源于弹簧的高应力区，如拉伸弹簧的钩环、压缩弹簧的内表面、压缩弹簧（两端面加工的压缩弹簧）的两端面。
受力状态对疲劳寿命的影响
（a）恒定载荷状态下工作的弹簧比恒定位移条件下工作的弹簧，其疲劳寿命短得多。
（b）受单向载荷的弹簧比受双向载荷的弹簧的疲劳寿命要长得多。
（c）载荷振幅较大的弹簧比载荷振幅较少的弹簧的疲劳寿命要短得多。
腐蚀疲劳和摩擦疲劳
腐蚀疲劳：在腐蚀条件下，弹簧材料的疲劳强度显著降低，弹簧的疲劳寿命也大大缩短。
摩擦疲劳：由于摩擦磨损产生细微的裂纹而导致破坏的现象叫摩擦疲劳。
弹簧过载断裂
弹簧的外加载荷超过弹簧危险截面所有承受的极限应力时，弹簧将发生断裂，这种断裂称为过载断裂。
过载断裂的形式
(a)强裂弯曲引起的断裂; (b)冲击载荷引起的断裂; (c)偏心载荷引起的断裂
佛山弹簧后处理的缺陷原因及防止措施
缺陷一：脱碳
对弹簧性能影响：疲劳寿命低
缺陷产生原因：1、空气炉加热淬火未保护气2、盐浴脱氧不彻底
防止措施：1、空气炉加热淬火应通保护气或滴有机溶液保护：盐浴炉加热时，盐浴应脱氧，杂质BAO质量分数小于0.2％。
2、加强对原材料表面质量检查
缺陷二：淬火后硬度不足
对弹簧性能影响：产生残余变形，降低使用寿命
缺陷产生原因：1、非马氏体组织多2、心部出现铁素体3、淬火加热温度低4、淬火介质冷却能力差
防止措施：1、选用淬透性好的钢材2、提高淬火介质的冷却能力3、弹簧进入淬
火介质的温度应
在AR3以上4、适当提高淬火加热温度5、加强淬火后作金相组织检验
缺陷三：过热
对弹簧性能影响：晶粒粗大，脆性增加
缺陷产生原因：1、淬火加热温度过高2、热成形温度过高
防止措施：1、按工艺试验的正确温度加热淬火2、适当降低热成形温度3、加强对仪表的校对保证测温准确
缺陷四：开裂
对弹簧性能影响：脆性增加，严重降低使用寿命
缺陷产生原因：1、加热温度高或淬火介质冷却能力过大2、表面脱碳3、回火不及时
防止措施：淬火加热温度。
1、严控2、用等温淬火或马氏体分级淬火3、在淬火介质中冷到250～300oC取出空冷4、淬火后立即回火。