波簧断裂位置惊人一致，拆开电镜一看，层状断口里全是“料”！

发布时间： 2026-07-13 00:00

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在电机轴承系统中，波簧（波形弹簧）的作用是给轴承施加轴向预紧力，让轴承运转更平稳。

某批次65Mn波簧用了一段时间后，出现了批量断裂。失效件有个明显的共同点：断裂位置高度一致，全部集中在与轴承接触的磨损区域。从受力来看，波簧受压时，接触面承受压应力，背面（非接触面）则承受拉应力——而裂纹恰恰是从受拉应力的背面开始萌生的，这是典型的疲劳断裂特征。对比之下，OK试样表面完好无损，可以弯折近180°才断裂，韧性十足；而失效件不仅脆得多，有的甚至轻轻一掰就断，两者差距一目了然。

1.断口分析

为明确断裂机制，将断口经超声波酒精清洗后进行扫描电镜（SEM）微观形貌观察，重点分析裂纹起源区、扩展区及终断区特征，并对NG-5#人为断口及OK-1#人为断口进行对比观察。

NG-5#断口：

裂纹起源区：位于波簧非接触面（受拉应力面），断面平坦，呈解理形貌，无明显塑性变形，属脆性断裂特征。

NG-5#断口微观形貌SEM图

裂纹扩展区：呈现纵深层状结构，局部可见沿晶断裂、韧窝及两者混合形貌，部分区域呈韧脆交替现象；层状结构中存在微观颗粒及气孔。

NG-5#断口微观形貌SEM图

终断区：呈典型韧窝形貌，为材料最终断裂时微区塑性变形痕迹。

NG-5#断口微观形貌SEM图

NG-5#人为断口：

靠近表面区域为掰断前已存在的原始裂纹，呈解理形貌；

NG-5#人为断口微观形貌SEM图

人为掰断终断区占断面大部分区域，呈韧窝形貌；

NG-5#人为断口微观形貌SEM图

层状结构呈倾斜状分布于断面中，与轧制方向存在夹角。

OK-1#人为断口：

以韧窝形貌为主，层状结构仅少量分布，与NG试样差异显著。

OK-1#人为断口微观形貌SEM图

NG样品断口的层状结构是核心特征，该结构源于材料内部非金属夹杂物在轧制过程中被延展成条带状，形成与轧制方向平行的弱面；受力时裂纹优先沿这些弱面扩展，从而形成层状断口。

OK试样层状结构极少，进一步印证NG试样材料内部存在严重的冶金质量问题。

2.表面分析

采用扫描电镜对NG-5#、NG-2#及OK-1#表面微观形貌进行观察，重点分析氧化处理孔洞及二次裂纹分布特征。

NG-5#及NG-2#：

波峰接触面及波峰之间非接触面均存在大量孔洞，为氧化处理所致；

NG样品表面裂纹微观形貌SEM图

与OK样品相比，NG样品表面孔洞更密集、更粗糙，属氧化处理过度；
主裂纹附近存在大量二次裂纹，且二次裂纹优先从表面孔洞处萌生。

OK-1#：

表面无明显密集孔洞。

OK-1#表面微观形貌SEM图

NG试样表面氧化处理过度导致孔洞缺陷密集，这些孔洞成为二次裂纹的优先萌生源，加速了疲劳裂纹的扩展。表面质量缺陷是波簧断裂的次要原因。

3.金相分析

对NG-1#、NG-2#、NG-4#、NG-8#及OK-1#进行金相制样，观察基体组织、非金属夹杂物及脱碳层；采用能谱分析（EDS）对夹杂物进行成分鉴定；按GB/T 10561-2005进行夹杂物评级；按GB/T 1222-2016对脱碳层进行测量与硬度测试。

基体组织：

NG样品与OK样品基体组织均为回火屈氏体，二者无明显区别。

非金属夹杂物：

NG-2#：横截面存在大量颗粒状夹杂物及超长条状夹杂物，EDS判定为熔炼渣及硅酸盐夹杂；

NG-2#金相微观图

NG-2#能谱分析

NG-2#金相微观图与能谱分析

NG-8#：存在超长硅酸盐条状夹杂；

NG-8#金相微观图与能谱分析

NG-4#：可见大量硫化物及氧化物夹杂；

NG-4#金相微观图与能谱分析

OK-1#（对照）：横截面夹杂物极少，表面无明显脱碳层；

OK-1#金相微观图

夹杂物评级（GB/T 10561-2005）：

样品	A类（粗/细）	B类（粗/细）	C类（粗/细）	D类（粗/细）	DS类
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