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。
2 a3 K- [" ]: v5 ^1 n: Y4 N/ x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)
( \; {5 m& i: \1 Q/ g1.断口能谱分析,发现有镉元素.有以下可能性:
* i8 Y( v" U; r  J. va.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.
b.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.
2.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.
& {8 L1 `  v. N7 T3.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
* i; \- o  e' ]: h        （1）材料缺陷               
9 s2 D0 k6 n4 Z* i8 c' [+ i: k                内部缺陷        a.    粗大夹杂
; V: H& g) F2 g; S) ]* J8 [) z: ~1.脆性断裂                        b.    层状结构
3 G/ D! d5 E* k5 ~, Y                a.    成形不当       
                b.    机加工不当       
        （2）制造及热处理方法不当        c.    组织不正常       
7 U4 W! y" R  b) B2 N7 ^5 W                d.    过热或过烧       
& n) b4 m% q+ d! i5 z5 U                e.    淬火裂纹       
                f.    电镀不当       
5 H3 j5 E% o+ E' W7 ^3 [                g.    其它工艺不当（如除氢不尽）       
                a.    化学成分不当       
                b.    魏氏组织       
6 R; W! \4 g' ?! N3 q8 {6 n5 i                c.    表面缺口       
                d.    横向微裂纹       
        （1）材料缺陷        e.    小孔       
                f.    皱皮       
                g.    折迭       
8 [1 x) T0 N: c% p8 p# q                h.    麻坑       
; }% U# Q6 f# n0 [3 \                i.    分层       
% i0 L! n: }) r/ {0 S: g3 n2.疲劳断裂                j.    皮下碳化物       
6 \) Z; U/ v5 e( _1 V) X( F                a.    弹簧指数和硬度配合不当       
3 `# k; t' k' b( ?        （2）设计不当        b.    截面尺寸小       
/ d5 p/ R# k5 h5 j4 e, [+ y                c.    转速过高，应力循环快       
3 I1 O0 b, ?' ?7 b        （3）制造工艺不当        a.    拉拔过度引起撕裂       
" B, s! y5 L/ B' u                b.    工具伤痕       
1 P7 \1 t7 m! {                c.    尖锐弯曲       
                d.    绕簧刻痕或裂纹       
                e.    焊接缺陷       
                f.    表面脱碳       
7 q+ K" _3 @1 m" y; a$ ]                g.    酸洗电镀除氢不尽       
, A! {! F& j- u  Q# F5 ?                h.    表面喷丸不当       
( l$ d/ h3 ^5 }: S                i.    店触点、加热过热、电弧坑       
        （4）维护操作不当        a.    冲击载荷频繁       
                b.    载荷偏心       
- |5 r. g6 ^4 M/ A                c.    过载       
) C6 J7 a& G1 T/ y& f1 o$ Y                d.    腐蚀、微振腐蚀       
                e.    温度过高或过低       
3 V2 M6 J. v  T4 U; S                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：
    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？
7 j" J# z; x! K! p5 G* ~     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。
0 c! L) q; h& e5 p    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 Y) ~: Z: l; ]) @( T9 P    一直想知道故障原因，并再次复现故障，不知该如何做好。
, _4 M% y4 D  i    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。
8 W- B3 k  }) }$ m7 Z( O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。
9 s- t- I' d0 V/ a5 x7 y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