汽车钢板弹簧是汽车悬架应用最为广泛的一种弹性元件，具有可靠性好、结构简单、制作工艺流程短等优点。汽车钢板弹簧由若干片曲率半径不同、长度不同、宽度相同的弹性钢片叠加而成，在整体上近似等强度的弹性梁，具有减震和导向作用。某重型汽车钢板弹簧在服役期间异常断裂，导致车辆无法正常运行。来自陕西重型汽车有限公司的李琳琳、高帅和慕松三位研究人员对该断裂钢板弹簧进行一系列理化检验和分析，查明其断裂原因并提出改进建议，以避免该类问题再次发生。
1、理化检验
1.1 宏观观察
断裂钢板弹簧的材料为50CrVA 钢，主要加工工序为：下料→校直→钻孔→淬火+中温回火→喷丸→装配→喷漆→预压缩。断裂弹簧钢片的宏观形貌如图1所示，可见断裂发生在弹簧钢片长度方向约1/4处，断裂位于钢板弹簧拉应力一侧(装配时向上)，弹簧钢片表面可见明显的挤压、磨损痕迹，磨损处的弹簧钢片厚度有所减薄，其余各部位有明显的服役痕迹。
断口的宏观形貌如图2所示，可见断口稍有不平，断口上覆盖有泥土和黄锈；清洗后可见断口大致与弹簧纵向垂直，呈典型的疲劳断裂特征，断口上可见3处直径为10~15mm的半圆形贝纹线，为疲劳源及疲劳扩展区，疲劳源位于弹簧拉应力一侧的表面、宽度方向的中部位置，疲劳源及疲劳扩展区所占断口面积较小，约占整个断口的20%；其余呈放射状的区域为瞬断区，所占断口面积较大，疲劳源对侧表面可见明显的剪切唇，为最后断裂区；断口呈典型的多源低周高应力疲劳断裂特征。
1.2 化学成分分析
采用直读光谱分析仪对断裂弹簧进行化学成分分析，根据结果可见断裂弹簧的化学成分符合GB/T 4336—2016 《碳素钢和中低合金钢 多元素含量的测定 火花放电原子发射光谱法(常规法)》的要求。
1.3 扫描电镜(SEM)及能谱分析
将断口经酒精超声清洗后，用SEM 观察，可见腐蚀产物堆叠，腐蚀凹坑大致呈半圆形，在腐蚀坑底部可见许多伴生的小腐蚀坑及多条裂纹(见图3)。
对断口表面的腐蚀凹坑及弹簧基体进行能谱分析，发现腐蚀凹坑处主要含有O，Al，Si，S，Ca，Fe等元素，且腐蚀凹坑中的O，Si等元素含量明显高于基体。
1.4 金相检验
断裂弹簧钢片纵向截面疲劳源侧的微观形貌如图4所示。由图4可知：疲劳源侧表面部分有磨损现象，未磨损处原始表面可观察到轻微的贫碳现象；表面可观察到较多大致呈半圆形的腐蚀凹坑，凹坑底部较光滑，深度为0.05~0.15mm，凹坑附近组织无明显的塑形变形痕迹，与基体组织无异；凹坑底部有裂纹，裂纹开口处较宽，尾部较尖锐，内部有异物，扩展方向基本垂直于表面。断裂弹簧基体的组织为稍粗大回火屈氏体(见图5)。
2、综合分析
由上述理化检验结果可知，断裂弹簧的化学成分符合标准要求，经过淬火+中温回火后，弹簧组织为正常的稍粗大回火屈氏体，表明热处理工艺正常。
从断口的微观形貌可知：在弹簧拉应力表面有多处大小不一致且呈半圆形的凹坑，凹坑底部较光滑，凹坑附近组织无明显的塑形变形痕迹，表明凹坑为表面腐蚀凹坑，在凹坑的底部可见多条垂直于表面的裂纹。
从断口的宏观形貌可知：在断裂弹簧拉应力表面可见3处直径为10~15mm的半圆形贝纹线，该处为疲劳源及疲劳扩展区，疲劳源及疲劳扩展区所占断口面积较小，约占整个断面的20%，其他区域为瞬断区，表明钢板弹簧在服役过程中所受应力较大，断口的性质为典型多源低周高应力疲劳断裂；弹簧钢片表面有明显的磨损、挤压痕迹，磨损处钢片厚度有所减薄，说明弹簧钢片之间发生磨损，导致表面漆膜脱落，新鲜的金属光泽暴露在腐蚀介质中，又因为弹簧表面吸附了水或泥土，使弹簧表面形成了许多腐蚀凹坑。当腐蚀凹坑的拉应力超过材料的疲劳强度，便会在凹坑的底部萌生疲劳裂纹，最终发生疲劳断裂。
3、结论与建议
钢板弹簧断裂的原因为：弹簧受到泥沙和雨水的侵蚀和污染，弹簧钢片之间存在严重的摩擦，使弹簧表面产生腐蚀凹坑，凹坑底部存在疲劳裂纹，随后在大应力作用下，弹簧发生断裂。
建议钢板弹簧在服役过程中进行定期维护，在弹簧钢片之间加润滑剂，在服役过程中尽量杜绝超载现象。同时采用富锌漆作底漆，加喷面漆，以提高弹簧表面的耐腐蚀性能。
