气门弹簧断裂原因,轿车气门弹簧疲劳断裂分析

汽车行驶在公路上，难免会出先各种问题，很多问题都是能预防的，很多新手司机也都不是非常的了解，了解汽车故障的一些原因，知道原因我们就可以更好的去预防，下面就是小编给车友们整理的一些关于轿车气门弹簧疲劳断裂分析。

采用φ2.9 mm油淬火回火弹簧钢丝生产的发动机气门弹簧在轿车行驶过程中断裂。该弹簧经冷卷簧—420 ℃×30 min去应力退火—两端支撑圈磨平—表面喷丸强化处理—220 ℃×25 min低温退火—强压—检验—包装等工序制造而成，材质为SAE9254V超纯洁度弹簧钢，钢丝按GB/T 18983—2003中VDCrSi标准生产，抗拉强度为1 880~2 030 MPa。

对断裂弹簧进行化学成分分析，结果见表1。由表1可知，该弹簧化学成分符合GB/T18983-2003中VDCrSi标准要求。

表1 断裂弹簧化学成分 w/%

标准规定

0.50~0.60

1.20~1.60

0.50~0.90

≤0.025

0.50~0.80

≤0.12

实测值

0.55

1.42

0.67

0.009

0.008

0.68

0.06

在弹簧断口附近取样，并制成横向金相样品观察，其金相组织为回火屈氏体。表面脱碳层检测可以看出，表面无脱碳，均符合气门弹簧技术要求。金相样品未腐蚀前，用1 kgf显微硬度计检测硬度，其距表面1/2半径处硬度为562 HV。按硬度和抗拉强度换算表推算其抗拉强度相当于1 960 MPa，符合GB/T18983—2003中VDCrSi标准钢丝抗拉强度范围1 880~2 030 MPa。

对弹簧断口进行扫描电镜分析，弹簧正向低倍断口形貌如图1所示，断裂源区形貌如图2所示。

由图1~图2可知，弹簧断裂于弹簧的次表层，断裂源处未见非金属夹杂物。断裂源处对应的弹簧表面有一长轴为0.82 mm，短轴为0.43 mm的近似椭圆凹坑。弹簧断口附近表面的凹坑中不但无喷丸痕迹，而且存在明显的刮蹭痕迹，这说明该凹坑并非由制簧材料油淬火回火弹簧钢丝表面存在的凹坑缺陷遗传至此，而是在弹簧制好之后刮蹭产生的。断裂源处弹簧表面有一表层覆盖物，该覆盖物起源于凹坑一侧，由此可断定该覆盖物为凹坑位置的金属材料转移至此，即在外力作用下将凹坑中的金属材料从一侧掀起来，翻转覆盖在金属表面。由此可以推断，一偶然因素使弹簧表面受外力冲击刮蹭形成一长轴为0.82 mm，短轴为0.43 mm的近似椭圆凹坑，并在冲击刮蹭凹坑底部时产生应力集中。气门弹簧在服役过程中承受交变应力[4-6]，最大拉应力位于弹簧的次表层，而凹坑底部的应力集中和最大拉应力相互叠加作用，造成气门弹簧服役早期在剪切应力的作用下凹坑下面形成疲劳断裂萌生源，并迅速扩展，引起早期疲劳断裂。

弹簧材料材质和显微硬度均属正常，弹簧材料金相组织为回火屈氏体，属正常组织。表层未见脱碳层。气门弹簧早期疲劳断裂为弹簧受外力冲击刮蹭所致。

结果表明，弹簧的断裂性质属早期疲劳断裂，弹簧表面受外力冲击刮蹭形成一长轴0.82 mm，短轴0.43 mm的近似椭圆凹坑，并在冲击刮蹭凹坑底部产生应力集中，由此形成疲劳断裂萌生源，在剪切应力的作用下迅速扩展，引起早期疲劳断裂。