请教：弹簧脆断的原因？

风和日丽

有熟悉镀镉工艺请指教 我在工作中遇到一Ⅱa材料在绕制成弹簧后,经270度左右的去应力回火热处理后,进行镀镉,镀镉完成后已经做过除氢处理，弹簧放置半年后，在装配过程中发现有较多的弹簧发生了断裂,在对断口进行能谱分析时发现在断口有镉元素，且弹簧内圈有微裂纹存在，裂纹口及其内部有熔融的的镉珠，对此判断为镉脆,但是我们对这种故障模拟试验进行复现，总是无法实现，所以有人怀疑不是镉脆，甚至怀疑微裂纹是在镀镉前就有了的，或者说对这种故障还没有找到真正产生的原因，因此无法杜绝以后的故障再次发生。
请问：这种现象到底是什么？什么原因造成的？以后该怎么杜绝故障的发生？

williswon

我的分析如下因本人对镉元素的物理化学性质不是很了解,只是给出一个思路)
8 _9 E* o! @2 f. I6 B! S( a0 ]1.断口能谱分析,发现有镉元素.有以下可能性:
a.一般来说,重金属的自然扩散是微乎其微,可以忽略,因此在这种前提下,断口中发现有镉元素,说明在电镀前已经有裂纹存在,电镀时镉进入到裂纹当中.
* f. _" C3 z! [! X- p9 t6 Ob.镉是一种低熔点的金属,金属的自然扩散较强烈,不可忽略.在这种前提下,由于镉元素的自然渗入而引起的"镉脆"现象.
7 Q. o. t% K4 G3 g! B0 w$ N2.还需对断口作进一步分析,找出裂纹源所在.再次能谱分析有没有"氧"的出现.若出现氧的踪迹,则说明弹簧在绕制时,裂纹已经产生,其后的去应力回火过程中由于氧化而使氧在裂纹处残留.
3.若无"氧"出现,则应再次回到"氢脆"的问题上来,需分析去氢的效果,以及镀层镉在去氢过程中发生的变化,以及镉元素对析氢的影响.

James28

断裂模式        断裂原因及影响因素               
                表面缺陷        a.    表面裂纹
        （1）材料缺陷               
6 Q2 g' v/ [$ X7 |5 g" z                内部缺陷        a.    粗大夹杂
1.脆性断裂                        b.    层状结构
                a.    成形不当       
  y& [) g9 ?1 F. D+ I0 Y- D3 G                b.    机加工不当       
8 i7 ?$ Q) ~# w2 n- g        （2）制造及热处理方法不当        c.    组织不正常       
- W0 X0 Z: L. q: B. |                d.    过热或过烧       
                e.    淬火裂纹       
                f.    电镀不当       
                g.    其它工艺不当（如除氢不尽）       
& o6 C' p7 _7 b: w% m                a.    化学成分不当       
! B( Z# F0 U5 w! e+ O6 G9 |, J                b.    魏氏组织       
* E* V7 e/ f6 P5 o% P; m                c.    表面缺口       
. t6 G8 Z: P7 M) ]# m9 z                d.    横向微裂纹       
: E  [6 S( |) f- t8 F; C. g        （1）材料缺陷        e.    小孔       
: O: ^( _" Z  h) _' t* `, U! K                f.    皱皮       
                g.    折迭       
                h.    麻坑       
4 Q) h( t% Z0 g4 o                i.    分层       
2.疲劳断裂                j.    皮下碳化物       
                a.    弹簧指数和硬度配合不当       
        （2）设计不当        b.    截面尺寸小       
                c.    转速过高，应力循环快       
        （3）制造工艺不当        a.    拉拔过度引起撕裂       
' |7 N+ [) a) w2 m                b.    工具伤痕       
                c.    尖锐弯曲       
9 G2 B' r" K% ]                d.    绕簧刻痕或裂纹       
                e.    焊接缺陷       
                f.    表面脱碳       
                g.    酸洗电镀除氢不尽       
2 L3 g+ e7 |  P4 o- G, S: b! V# K                h.    表面喷丸不当       
                i.    店触点、加热过热、电弧坑       
; e# ^  _2 T  B9 M* h        （4）维护操作不当        a.    冲击载荷频繁       
                b.    载荷偏心       
                c.    过载       
                d.    腐蚀、微振腐蚀       
+ L2 u1 h/ c, j( x                e.    温度过高或过低       
                f.    磨损

风和日丽

非常感谢您的指点！有专家是怀疑先有裂纹再镀镉的，但是没有证据，我还是不明白，请教：
5 c* `- e0 e2 G) W/ d    1.钢丝在绕制弹簧时是在空气中的，肯定有氧存在。是先有氧再有裂纹的，还是先有裂纹再有裂纹源中的氧？查裂纹源中的氧能怎么证明裂纹是氧造成的？是钢丝表面缺陷造成局部富氧吗？大概是哪种缺陷造成的？若镀镉后因为镉脆产生裂纹，能谱分析裂纹中不是还会查出氧来？怎么证明这个氧是镀镉前就使裂纹产生而躲在裂纹源中的？
     2.该弹簧是0.6mm的Ⅱa钢丝绕制的，弹簧内径4mm，裂纹是在弹簧内圈产生的，我认为若弹簧在绕制过程就产生裂纹，那么弹簧则无法绕制成型，也不太可能裂纹全在内圈啊，也有可能钢丝一周都会产生裂纹。
* i+ _& q0 X8 x$ p$ c    3.若是氢脆，能否通过加大电流密度，或多次返工，长时间滞留电解槽中达到复现的效果？因为我们做过多次试验，怎么折腾都无法造成弹簧再次断裂。
6 ~4 L8 o; O: ~" t    一直想知道故障原因，并再次复现故障，不知该如何做好。
    以上问题请详细明示为盼！

xcy721626

镉脆的断口应该主要表现为沿晶，楼主既然连能谱都做了，想必应该清楚断口形貌。如果不是沿晶断口，那应该把精力放到镀镉前去。
理论上，你的裂纹仅出现在内圈，该部位并不是残余拉应力的最大部位，不管是镉脆还是氢脆，都没理由仅出现在内圈表面。特别是镉脆，拉应力的存在是形成的一个要素。
关于断口面检测氧是否存在，个人持保留态度，就算是未污染的样品，经清洗后在能谱下都能做出一定的氧含量。

czcxq0408

断裂的根源主要来自材料缺陷、残余应力过大及硬度过高三个方面，电镀过程中对有关参数的控制可一定程度上降低其脆断率，防止脆断的最有效方法是镀前二次回火热处理或抛丸

风和日丽

感谢大家的指点！模拟试验还在进行中，若有结果，一定与大家交流！

zilong1127

一个小小的钢制弹簧 也这么大学问阿