弹簧喷丸除锈工艺完全可以得到所要求的表面清理程度，替代酸洗工艺的效果

弹簧喷丸除锈工艺

　　一直在发展的弹簧喷丸除锈工艺的优点倍受环境保护部门的青睐，而且弹簧喷丸除锈工艺完全可以得到所要求的表面清理程度，替代酸洗工艺的效果令人满意。在大多数情况下，特别是对于冷拔钢，弹簧喷丸除锈工艺是应用最广泛的一种方法。

　　由于单纯的技术原因，尽管酸洗除锈工艺的投资和维修费用较高，但仍然必须考虑其应用。在最终表面质量要求 达到最佳的情况下就需要应用酸洗除锈工艺，如特殊钢和优质钢冷轧钢带、钢管等，或以后要进行电镀工艺处理的钢材。在弹簧喷丸接触不到的凹进部分，或在工艺的不同阶段为除掉二次氧化皮的情况下都可能需要酸洗除锈工艺。

　　然而，弹簧喷丸除锈工艺由于其节能和环境保护的特性，在许多方而都得到了应用，并不断地进入其它领域，甚至在不能完全免除酸洗工艺的情况下，通过联合工艺，即弹簧喷丸和后来短暂地酸洗进行除锈。由于弹簧喷丸除锈工艺处理速度快(废水减少90%)，大大地减少了清理时间，节能效果显著，利润可观。该工艺普遍适用于不锈钢带除锈，并且慢慢地进入其它应用领城。

　　弹簧喷丸除锈工艺基本原理

　　“弹簧喷丸清理技术”这个术语道出了该工艺的基本原理:将控制的弹簧喷丸鹰料束流对准并高速喷射在工件表面上。根据喷射磨料的型和速度，它所含的动能用来撩碎和除去轧制锈皮和平整或蚀刻工件表面。

　　弹簧喷丸磨料通常是由直径0.2~2 mm的网形或角形的钢粒组成。高产设备，在弹簧喷丸轮子的作用下，机械地完成加速，其工作原理与离心泵相当。磨料轴向地流入轮子中心处的一个叶轮里，然后被高速旋转着的发射叶片所产生的径向分力与切向分力加速。环绕轮子叶轮的是一个开有槽沟的壳体，控制弹簧喷丸磨料的精确位置，使它们准确地传递到发射叶片上以便对弹簧喷丸磨料束流进行限制和导向。

　　在了解+GF+弹簧喷丸机在钢丝工业中的一般应用之前，将阐述几项设计细节，其中有些对弹簧喷丸机的正常运转是相当重要的。必须指出的是所有这些机器都是由己成功地运转好多年的标准部件组成的。

一般情况下，低碳钢、低合金钢、铝合念、u-黄铜多为晶间断裂

　　弹簧应力腐蚀断口形貌和特征

　　弹簧应力腐蚀断裂的断口形貌与材料的漏体结构、机械性能、合金成份、热处理状态、环境条件及弹簧应力等有关。一般宏观上看不到明显的塑生变形，呈脆断特征。弹簧应力腐蚀裂纹源常常发生在材料的表面，通常情况下是多源的，这些裂纹在扩展过程中发生合并，当弹簧应力腐蚀裂纹扩展到一定程度时将引起最终断裂，可以观察到，弹簧应力腐蚀断口宏观形貌具有弹簧应力腐蚀扩展区域和最终断裂区域的特征，前者早现暗褐色，常常可以观察到腐蚀和氧化产物，因化学或电化学作用往往在裂纹源处形成腐蚀坑。断口上可见明显的放射件条纹，其汇聚处为裂源，每个裂源区城常为半圆形，在瞬断区，包括撕裂和剪切唇两部分，具有金属光泽，表现出基体材料的特征。

　　弹簧应力腐蚀裂纹基本上沿垂直于拉弹簧应力的方向扩展，且有分又，其形貌呈树枝状，如图8-2所示，与纯机械弹簧应力造成的裂纹形态截然不同。从裂纹表面的纵断面金相照片看，裂纹的形貌像一条河流，河床有宽有窄，还有许多“湖泊”，那就是腐蚀坑，尤其是背性钠引起的弹簧应力腐蚀裂纹，更具有多分枝的特征，而且裂纹的尾部较尖。接件弹簧应力腐蚀裂纹的形态从表面上看，裂纹的分布是稀松的网状或龟裂的形式，如图8-3所示。如在焊缝表面，多以近似横向裂纹分布。

　　由于材料的晶体结构、机械性质、合金成份、热处理状态、环境气氛、温度及弹簧应力状态的不同，弹簧应力腐蚀裂纹可能是沿晶的、穿晶的，也可能是混合型的，见图8-4。

　　在一般情况下，低碳钢、低合金钢、铝合念、u-黄铜多为晶间断裂，裂纹大致沿垂直于拉伸弹簧应力的晶界向材料深入延伸：航空用超高强度钢，似平沿原来的奥氏体晶界开裂；镁合金可能是穿晶的或晶间的，决定于热处理状态；β-黄铜和暴露在氧化物中的奥氏体不锈钢，大多数情况是穿品的，奥氏体不锈钢在热碱溶液中是穿晶还是晶间断裂，决定于腐蚀剂的温度。品界上的沉淀相可能是易于溶解的部位，因而有利于晶间腐蚀。

　　含1%Ni的铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢在沸腾的MgCl?溶液中呈穿晶型破裂；铁格镍合金的苛性碱溶液中的破裂形式是晶间破裂到穿品破裂，而在氯化物溶液中完全是穿品破裂；镍基合金在含铝的水溶液中是穿晶型破裂，而在含水溶液中是晶间型彼裂。

　　低碳钢在硝酸盐溶液中的弹簧应力腐蚀破裂是典型的沿晶破裂，呈“冰糖状”断口，如图8-5所示。从断口的扫描电镜照片上看，晶间破裂呈冰糖状的脆性断口；穿晶型破裂断口一般呈准解理或解理状的跪性断口，如图8-6所示。

　　对于高强钢，在不同的城力强度因子K值下，断山的形态不一样，如图8-7所示。图中（a）为高K值时的微坑型断口；（b）为中等K值时的准解理或晶间型断口；（c）为低K的时的晶间型断口，并伴有撕裂棱；（d）为最低K值时的晶间型断裂，且无撕裂棱.

　　另外，弹簧应力腐蚀断口的电子显微图象还常出现一些扇形花样、腐蚀坑、块状花样及泥状花样等微观形貌特征，如图8-8所示。

　　虽然弹簧应力腐蚀断门在宏观上呈跪性断裂特征，微观却可能发现微米级的塑性变形。因此，弹簧应力腐蚀断口图像上除观察到类似解理开裂的扇形化样外，还能观察到韧性断裂的韧窝花样或蛇形滑移等塑性开裂形貌特征。如图8-9所示。

　　有些断口可能由于大量腐蚀产物的存在，使得微观形貌不太清晰，如图8-10所示，但还可以辨认出沿晶开裂的特点。

　　弹簧应力腐蚀断口微观图像上经常可以看到二次裂纹，有的二次裂纹是沿晶的，也有的呈穿品特点。如图8-11所示。

强度越高，弹簧应力腐蚀敏感性越大

　　弹簧应力腐蚀的影响因影

　　一、影响因素有许多因素影响着弹簧应力腐蚀破裂的过程，弄清它们的影响规律，对于弹簧应力腐蚀失效分析和预防弹簧应力腐蚀破裂的实践都是十分有意义的，下面简要介绍对几种主要影响因素的研究结论。

　　1.强度的材料强度是对弹簧应力腐蚀破裂敏感性最有影响的参数。强度越高，弹簧应力腐蚀敏感性越大，K1和Kw越低，裂纹扩展速度越快。钢的弹簧应力腐蚀破袭倾向性随着do.2增高而剧烈曾加，但对于某些高强铝合金也有例外的情况。

　　2.显微组织的影响

　　显微组织对K。的影响也很明显，低合金绑在低温回火脆性范围内弹簧应力腐蚀开敏感性很高，而等温处理的材料则不然。

　　对不同组织状态的20MnVB钢在0.1NH（I水溶液中延迟断裂行为的研究证明，其断裂抗力按下列顺序增加：淬火马氏体，马氏体基体的F/M双相组织、珠光体：铁素体、铁素体基体的F/M双相组织、等温贝氏体。

　　低合金钢的原始奥氏体晶粒度对K影响不大，们晶粒尺寸对Cr-Ni不绣钢弹簧应力高蚀破裂的敏感性却有影响，昂粒尺寸越大，被断时间越短。

　　晶粒取向对K1w.影响板大，尤其当品粒比较粗大时冲压成型的纤维状组织比再结晶的组织有更高的弹簧应力腐蚀敏感性。沿纤维状组织横向加载时的弹簧应力腐蚀破裂倾向性总比沿纵向加载时高。

　　3.热处理的影响

　　由于热处理可以改变钢的组织结构，通常对da/d/和Kee有强烈的影响。迄今为止，人们仍采用各种强韧化处理工艺来提高钠的弹簧应力腐蚀抗力。

　　一般来说，下述热处理工艺方法可以提高材料的Ke.,提高回火温度，超高温淬火、亚温淬火、形变及形变热处理，这些工艺也可有效地降低da/dt，等温淬火虽然不能提高Kce，但却可使da/dt明显下降。上述工艺对Kie及da/dt影响因材料不同会有差异，这方面的研究成果较多，可资参考。

　　4.合金元素的影响

　　一般来说，凡能影响钢的屈服强度的合金元素及工艺都能显著影响其弹簧应力腐蚀敏感性。

　　在低合金钢中，Cr,Mo，S，P，Co，Cu，Si对Kke几乎没有影响，C和Mn对Kuwe有害：一般在0.4%的碳含量以下，随着碳含量的增加，其弹簧应力腐蚀敏感性增加，见图8-29。对碳合量高于0.4%的钢还缺乏系统的研究。

　　锰含量在30%以内，对钢的抗弹簧应力腐蚀性能都有影响，随锰含量的增加，Keo将降低。

　　磷对高强度钢弹簧应力腐蚀性能的影响和碳的影响类似，见图8-30。

　　Si能显著提高 Cr-Ni不锈钢在浓氯化物中特刻是在42%沸MgCl2中的抗弹簧应力腐蚀能力。多数实验表明，C却有利于提高C-Ni不锈钢的抗弹簧应力腐蚀性能。Mo能提高不锈钢耐H?SOa及醋酸等有机酸的弹簧应力腐蚀破裂能力。但是在高浓度氯化物中含少量Mo对防止弹簧应力腐蚀破裂却是不利的。Mn的加入一般是有害的，它将加速Cr-Ni不锈钢的弹簧应力腐蚀饭裂。

　　一般认为N、P、S对Cr-Ni不锈销弹簧应力腐蚀被裂有不良影响。

　　Cu在氯仁物中对Cr-Ni不锈钢弹簧应力腐蚀破裂无影响或影响不大。

　　增加会金龙素Cr、Ni、Mo的含量，可以诚缓我的装纹烧述度。低合金钢中加i可以使裂纹扩展速度明显减缓。C和P对马氏体时效钢可能加速裂纹扩展。

　　5.环境介质的影响

　　对低合金钢而言，随肴环境由无氢到水溶液质到H2S的变化，其弹簧应力腐蚀破裂的敏感性不断增强，da/dt不断增加。

　　介质温度是个很重要的影响因素，一般来说.随着温度的升高，材料的弹簧应力腐蚀性加强，Cr-Ni不锈钢在热水和高温水中弹簧应力腐蚀敏感性增加，但许多研究证明对不同的材料都有在一个最易产生弹簧应力腐蚀现象的温度范固，如Cr-Ni不绣钢约为180~280℃，奥氏体不锈钢氢脆多发生在50~300℃范围内，低碳钢在溶液温度接近于沸点时，最容易产生碱脆破裂，微碱性高温高压水引起的碱脆被裂，通常发生在150~300℃温度范围内。

　　介质浓度对弹簧应力腐蚀的影响是显著的。一般来说，碱的浓度越高，低碳钢的碱脆越易发生，只有当碱浓度大于5%~15%时，才能发生碱跳破裂，当碱浓度达到50%时，碱脆的敏感性将大大增加。钛合金在盐酸中Ke阅HCl浓度增加而不断下降。

　　电极电位、化学介质种类、溶液的pH值等也都是对材料的弹簧应力腐蚀敏感性有重要影响的因素。一般来说，不同的金属在不同的环境条件下，都存在一个较易发生弹簧应力腐蚀的电位范围。。例如，低碳销在25C35%NaOH溶液中的破袋电泣范围约为-l.1~0.9V,而低碳钢的硝盐破裂电市大约在-300~+l300mV之间，通常情况下，电吸电位约在-0.5V~-0.9v时，多数高强锅的弹簧应力腐蚀敏感性较小，而且不管是阳极极化还是阴极枚化，都将加速高强钢环境氢脆型的破裂过程，因此，阴极保护对高强钢不适用。对奥长体不锈钢存在一个临界破裂电位，如其在沟腾的42%MgC12溶液中临界破裂电位约为-0.130V（SHE）。电位对于钛合金在含有Cl-，Rr”，-水溶液中的弹簧应力腐蚀破裂起重要的作用。在含Cl-和含Br-约水溶液中，Ti-2A1-1Mo-lV的敏感电位约为-500mV到600mV，而在含I-的水溶液中0mV以l是最敏感的电位。

　　一般认为，随着溶液pH值增加，钢的弹簧应力腐蚀破裂敏感仁降低。当溶液纸pH值<4-5（酸性）时，pH值越小，越容易发生弹簧应力腐蚀破裂。在pH值较大，碱性较强的情况下，可以减缓，甚至防止弹簧应力腐蚀破裂，而当pH值在3-10的中间范围时，对弹簧应力腐蚀的敏感性不大。对于Cr-Ni不锈钢，pH较低时，仅产生一般腐蚀，而当pH值为6~7时，18-8Cr-Ni不锈钢才对弹簧应力腐蚀最敏感，6.表面状态的影响钢的表面处理方法不同，表面状态不一样，其弹簧应力蚀敏感性亦不相同。

　　一般认为不锈钢在沸Me（l?中普通机械抛光较真空退火和电解抛光弹簧应力腐蚀破裂敏感性大。不同的机械抛光方法，表面粗糙度不同，其弹簧应力腐蚀破裂倾向生也有很大差别。表面粗糙将增大应为腐蚀的倾向性。表面强变和硬度越高，钢的延迟破裂倾向性越大，采用产牛压弹簧应力的热处理或喷丸、喷砂、锤打、辗出等办法可以减少弹簧应力腐蚀破裂的倾向性，化学热处理（如渗N）或镀层边可以引入压弹簧应力、产生同样效果。

　　7.缺口弹簧应力集中程度的影响

　　对于螺检等结构零件，缺口的弹簧应力集中程度识显地影响其抗弹簧应力腐蚀的能力。随着缺口曲率半径的增大，Kw急剧增高。

　　表8-4所示为0~1568MPa的30CrMnSiNi2A钢恒位移试举（B=20mm，a/w=0.3)不同曲率半径条件下的K1ee值。表8-5为不同缺口曲率半径的WOL恒位移试样在水中测定的K1e值，式（8-1）为超高强度钢30CrMnSi2A缺口试样在水个质中测定的Ke，实验结哭。

　　以上结果都表明了缺口弹簧应力集中程度对弹簧应力蚀抗力的高度灵敏性。

弹簧金属材料在恒定应力的长期作用下发生塑性变形的现象称为蠕变。由蠕变造成的断裂称为蠕变断裂。

　　弹簧蠕变断裂

　　弹簧金属材料在恒定应力的长期作用下发生塑性变形的现象称为蠕变。由蠕变造成的断裂称为蠕变断裂。

　　从绝对零度起到熔点的整个温度范围内的何应力条件下都能发生蠕变。工程中最常见的蠕变是指在0.5Tm(以绝对温度表示的熔点）下长期工作的零部件，如航空发动机、锅炉、汽轮机、化工设备。因此，通常所说的蠕变均指此类。但是工作温度超过30U℃C的碳钢零件及在400左右工作的合金弹簧钢零部件就必须考虑蠕变现象的影响。本节下面所提到的变现象均指高温蠕变。典的蠕变过程如图9-19所示。

　　不同材料在不同条件下的蟋变曲线是不同的，同一种材料的端变曲线也随应力的大小和温度的高低而异。

　　弹簧蠕变断口的宏观特征是在断口附近有明显的塑性变形，断口表面有许多龟裂纹，表面被一层氧化膜覆益。

　　螨变断口的微观特征是:当零件在Tg温度以上工作时，金属的断裂为沿晶延性断裂，在T以下为穿晶断裂1为等强温度既晶粒与晶界强度相等的温度c蠕变沿晶延性断口为冰糖状，断口表面附有一层很以的氧化皮，有时生断日J可见到涟波花样。图9-20是蠕变等强温度示意图。温度升高时晶粒强度利晶界强度都降低，但晶界强度下降快蠕变有两种沿晶断裂形式，种是楔型蠕变裂纹,另一种是洞蠕变裂纹。楔型裂纹在低温、高应力及高蠕变速率下产生，裂纹通常起源于三角晶界处，然后沿晶界扩展，见图921，楔型裂纹的形成机理是在蠕变变形过程中，当AR两晶粒晶界发生相对滑移时，C晶粒内的变形区与AB两晶粒的晶界滑移不协调，因此在A、R、（三晶粒交点处产生应力集中。当应力超过品界结合月时，产生一个型袋纹源。在外力继纹作用下，裂纹沿与外力垂直的晶界扩展，许多此类敞裂纹互相连接，形成脆性沿品断口。

　　图9-2是在不同的晶界滑移情况下，各种楔型裂纹形成示意图。

　　由楔型裂纹产生的断口、晶粒界面比较平滑有时可以看到晶界滑移台阶，晶界棱边清晰洞裂纹:在较高温投、较低的应力、较低的应变速率下，一般情况下是住晶界上形成洞型裂纹。洞型裂纹的形成机理是由于品界滑移，在直于拉应方向的晶界上常常会产生突出或台阶，由此形成洞!裂纹源，见图923.如果在品界上有第一柑时，生于扇界滑移受阻，在第二相与基体界面处产生应力集中出球裂纹，也会形成空洞源，在品界上成的许多空洞，长大并相互连接，造成弹簧蠕变断裂由洞型裂纹产生的断!，断口表面有许多孔洞，并有海多球状析出物，晶界棱边不锐利，见图9-24。

在弹簧的断裂过中往往有二个或~个以上断裂机制起作用，把这种类型的断裂称为混合型断裂。

弹簧混合断裂

　　在弹簧的断裂过中往往有二个或~个以上断裂机制起作用，把这种类型的断裂称为混合型断裂。

　　在应力状态、显微组织、晶粒取向、应变速率、，外界环境等因素对两种或两种以上断裂机理都起作用的情况下，可能发生弹簧混合断裂。弹簧混合断裂机理表现出交互作用的影响，断裂与那一种机理都不相同。如果在弹簧混合断裂的断口中，能确定各局部区域的断裂机制，就有可能确定弹簧混合断裂的主要断裂机制。对于弹簧混合断裂的原因分析，主要分析裂缝起源处的断裂性质。常见弹簧混合断裂的断口有解理-韧断口，解理-撕裂断口，解理-疲劳断口，解理沿晶断口，韧窝-准解理断口，准解理-沿晶，韧窝-疲劳断口，韧窝沿晶断口，撕裂-疲劳断Π，撕裂-沿晶断口，皮疲劳-治品断口等下面介绍一些常见材料的弹簧混合断裂断口。