Descripción de fondo:
Recientemente, un grupo de resortes de una empresa se rompió durante las pruebas. El proceso de fabricación de resortes implica tratamiento térmico de enfriamiento, rectificado, conformado curvo, granallado previo, nitruración con gas, granallado y fraguado en caliente.
Se realizó un análisis para determinar el motivo del agrietamiento del resorte roto.
Método y equipo de prueba.
Contenido de la prueba: análisis macromorfológico;
Equipo de prueba:
- Microscopio estereoscópico M250;
- microscopio metalográfico DM6000;
- Microscopio electrónico de barrido ZEISS EVO18;
- Espectrómetro de energía ZEISS EVO18.
Resultado de la prueba
Análisis morfológico macroscópico.
Después de probar tres muestras marcadas después de la primavera, fueron identificadas como muestra #4, muestra #3 y muestra #3, según lo registrado. La Figura 1 muestra que las tres muestras sufrieron fractura por fatiga.
Con base en la planitud de la superficie de fractura y el área de la zona de fractura instantánea, se puede concluir que la muestra #4 sufrió la fractura inicial, seguida de la muestra #3, y finalmente la muestra #3 nuevamente.
El color amarillo claro primaveral es el resultado del tratamiento de nitruración. El tratamiento de nitruración es un proceso de tratamiento térmico químico que implica permitir que los átomos de nitrógeno penetren en la capa superficial de la pieza de trabajo en un medio específico a una temperatura específica. Las piezas que se someten a un tratamiento de nitruración tienen una excelente resistencia al desgaste, a la fatiga, a la corrosión y a las altas temperaturas.
La fractura del resorte se encuentra en el origen de la fatiga y tiene una apariencia blanca brillante. Debido al desgaste de la capa de nitruro, la resistencia a la fatiga de la superficie se reduce, lo que provoca grietas por fatiga.
Fig. 1 Fotografía macro de una fractura de resorte rota
Análisis de microestructura metalográfica.
Consulte la Fig. 2 para ver la micrografía metalográfica que muestra la sección transversal del resorte roto.
Como se muestra en la Fig. 2, hay una fina capa blanca de nitruración en la superficie del resorte, que parece ondulada y de espesor desigual.
Fig. 2 Micrografía metalográfica de la sección transversal del resorte de fractura.
Consulte la Fig. 3 para ver la micrografía metalográfica de la sección longitudinal del resorte roto.
En la Figura 3, se puede ver que hay una capa blanca de nitruración en la superficie del resorte y una estructura de rayas obvia.
Fig. 3 Micrografía metalográfica de la sección longitudinal del resorte de fractura.
Consulte la Fig. 4 para ver una micrografía metalográfica de la sección transversal del resorte mediante pruebas de fatiga.
En la Figura 4, se puede ver que hay estructuras blancas similares a pulsos en la superficie del resorte a través de la prueba de fatiga.
Fig. 4 Micrografía metalográfica de la sección transversal del resorte mediante el ensayo de fatiga.
La estructura de la veta es un tipo de red de nitruro formada por altas temperaturas, potencial de nitrógeno o tiempo de nitruración prolongado.
Como la capa de nitruración de las piezas del resorte es extremadamente delgada, se pueden minimizar los efectos adversos de un proceso prolongado.
La causa probable de tales efectos pueden ser temperaturas de nitruración o potenciales de nitrógeno excesivamente altos.
La presencia de una estructura venosa puede disminuir la resistencia a la fatiga de la capa de nitruración.
Prueba de microdureza
Los resultados de la prueba de microdureza de la superficie del resorte muestran que la microdureza de la superficie del resorte es de aproximadamente 560 hv y la microdureza del núcleo es de aproximadamente 510 HV.
Análisis SEM de la superficie de fractura.
La Figura 5 muestra la micrografía SEM de la fractura del resorte.
De la micrografía se desprende que la fractura es producto de la fatiga y se inició en la superficie externa del resorte.
La zona de expansión por fatiga es relativamente pequeña y representa sólo alrededor del 20% de la fractura.
Más allá de la zona de expansión por fatiga, sigue una región de rápida expansión.
Esta área exhibe un patrón en espiga inestable y bandas de fatiga locales que se expanden rápidamente.
Se ven marcas de rayones y agujeros en el origen de la fractura del resorte, lo que indica que son la causa principal de la fractura.
Además, hay partículas esféricas presentes en la región de origen de la fractura.
Fig. 5 Micrografía SEM del resorte de fractura.
Análisis de la composición química de partículas fractográficas mediante EDS.
Para examinar el origen de las partículas de fractura, realizamos un análisis de composición de microáreas utilizando el espectro de energía EDS.
Los resultados del análisis revelan que los elementos primarios de las partículas son Mo y Cr, lo que puede indicar la presencia de lubricantes en el aceite lubricante.
Tabla 1 Resultados del análisis del espectro energético EDS de partículas (%)
| elemento | % por peso |
| CK | 3.83 |
| DE ACUERDO | 4.07 |
| CrK | 8.77 |
| Fek | 56,28 |
| Mella | 3.85 |
| mol | 23:20 |
| total | 100 |
Fig. 6 Resultados del análisis del espectro de energía EDS de partículas
Tabla 2 Resultados del análisis del espectro energético 2EDS de material particulado (%)
| elemento | % por peso |
| CK | 2.28 |
| DE ACUERDO | 16:35 |
| CrK | 3.83 |
| mnk | 0,46 |
| Fek | 38,49 |
| Mella | 38,59 |
| total | 100.00 |
Fig. 7 Resultados del análisis del espectro de energía 2EDS de material particulado
Conclusión
El modo de fractura del resorte es la fractura por fatiga.
La fuente de fatiga del resorte roto parece ser el desgaste, como lo indica la apariencia blanca brillante y la capa de nitruro desgastada. Este desgaste redujo la resistencia a la fatiga de la superficie, dando lugar a grietas por fatiga.
La presencia de una estructura similar a un pulso en la superficie también contribuirá a reducir la resistencia a la fatiga del material.
