波簧斷裂位置驚人一致，拆開電鏡一看，層狀斷口里全是“料”！

發布時間： 2026-07-13 00:00

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在電機軸承系統中，波簧（波形彈簧）的作用是給軸承施加軸向預緊力，讓軸承運轉更平穩。

某批次65Mn波簧用了一段時間后，出現了批量斷裂。失效件有個明顯的共同點：斷裂位置高度一致，全部集中在與軸承接觸的磨損區域。從受力來看，波簧受壓時，接觸面承受壓應力，背面（非接觸面）則承受拉應力——而裂紋恰恰是從受拉應力的背面開始萌生的，這是典型的疲勞斷裂特征。對比之下，OK試樣表面完好無損，可以彎折近180°才斷裂，韌性十足；而失效件不僅脆得多，有的甚至輕輕一掰就斷，兩者差距一目了然。

1.斷口分析

為明確斷裂機制，將斷口經超聲波酒精清洗后進行掃描電鏡（SEM）微觀形貌觀察，重點分析裂紋起源區、擴展區及終斷區特征，并對NG-5#人為斷口及OK-1#人為斷口進行對比觀察。

NG-5#斷口：

裂紋起源區：位于波簧非接觸面（受拉應力面），斷面平坦，呈解理形貌，無明顯塑性變形，屬脆性斷裂特征。

NG-5#斷口微觀形貌SEM圖

裂紋擴展區：呈現縱深層狀結構，局部可見沿晶斷裂、韌窩及兩者混合形貌，部分區域呈韌脆交替現象；層狀結構中存在微觀顆粒及氣孔。

NG-5#斷口微觀形貌SEM圖

終斷區：呈典型韌窩形貌，為材料最終斷裂時微區塑性變形痕跡。

NG-5#斷口微觀形貌SEM圖

NG-5#人為斷口：

靠近表面區域為掰斷前已存在的原始裂紋，呈解理形貌；

NG-5#人為斷口微觀形貌SEM圖

人為掰斷終斷區占斷面大部分區域，呈韌窩形貌；

NG-5#人為斷口微觀形貌SEM圖

層狀結構呈傾斜狀分布于斷面中，與軋制方向存在夾角。

OK-1#人為斷口：

以韌窩形貌為主，層狀結構僅少量分布，與NG試樣差異顯著。

OK-1#人為斷口微觀形貌SEM圖

NG樣品斷口的層狀結構是核心特征，該結構源于材料內部非金屬夾雜物在軋制過程中被延展成條帶狀，形成與軋制方向平行的弱面；受力時裂紋優先沿這些弱面擴展，從而形成層狀斷口。

OK試樣層狀結構極少，進一步印證NG試樣材料內部存在嚴重的冶金質量問題。

2.表面分析

采用掃描電鏡對NG-5#、NG-2#及OK-1#表面微觀形貌進行觀察，重點分析氧化處理孔洞及二次裂紋分布特征。

NG-5#及NG-2#：

波峰接觸面及波峰之間非接觸面均存在大量孔洞，為氧化處理所致；

NG樣品表面裂紋微觀形貌SEM圖

與OK樣品相比，NG樣品表面孔洞更密集、更粗糙，屬氧化處理過度；
主裂紋附近存在大量二次裂紋，且二次裂紋優先從表面孔洞處萌生。

OK-1#：

表面無明顯密集孔洞。

OK-1#表面微觀形貌SEM圖

NG試樣表面氧化處理過度導致孔洞缺陷密集，這些孔洞成為二次裂紋的優先萌生源，加速了疲勞裂紋的擴展。表面質量缺陷是波簧斷裂的次要原因。

3.金相分析

對NG-1#、NG-2#、NG-4#、NG-8#及OK-1#進行金相制樣，觀察基體組織、非金屬夾雜物及脫碳層；采用能譜分析（EDS）對夾雜物進行成分鑒定；按GB/T 10561-2005進行夾雜物評級；按GB/T 1222-2016對脫碳層進行測量與硬度測試。

基體組織：

NG樣品與OK樣品基體組織均為回火屈氏體，二者無明顯區別。

非金屬夾雜物：

NG-2#：橫截面存在大量顆粒狀夾雜物及超長條狀夾雜物，EDS判定為熔煉渣及硅酸鹽夾雜；

NG-2#金相微觀圖

NG-2#能譜分析

NG-2#金相微觀圖與能譜分析

NG-8#：存在超長硅酸鹽條狀夾雜；

NG-8#金相微觀圖與能譜分析

NG-4#：可見大量硫化物及氧化物夾雜；

NG-4#金相微觀圖與能譜分析

OK-1#（對照）：橫截面夾雜物極少，表面無明顯脫碳層；

OK-1#金相微觀圖

夾雜物評級（GB/T 10561-2005）：

樣品	A類（粗/細）	B類（粗/細）	C類（粗/細）	D類（粗/細）	DS類
NG	—/1.0	—/1.0	—/3.0	—/3.0	1.5
OK	—/—	—/—	—/—	—/—	—
要求(≤)	1.5/2.0	1.5/2.0	1.0/1.5	1.0/1.5	2.0