柱塞弹簧的工作环境和材料性能分析
柱塞弹簧的工作环境
该弹簧用于柴油机的气门，规格是4.0×60.5×28.8，其具体的工艺流程和零件图见工艺卡，进油过程中，当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧力的作用下，柱塞向下运动，柱塞上部空间（称为泵油室）产生真空度，当柱塞上端面把柱塞套上的进油孔打开后，充满在油泵上体油道内的柴油经油孔进入泵油室，柱塞运动到下止点，进油结束。
供油过程，当凸轮轴转到凸轮的凸起部分顶起滚轮体时，柱塞弹簧被压缩，柱塞向上运动，燃油受压，一部分燃油经油孔流回喷油泵上体油腔。当柱塞顶面遮住套筒上进油孔的上缘时，由于柱塞和套筒的配合间隙很小（0.0015-0.0025mm）使柱塞顶部的泵油室成为一个密封油腔，柱塞继续上升，泵油室内的油压迅速升高，泵油压力>出油阀弹簧力+高压油管剩余压力时，推开出油阀，高压柴油经出油阀进入高压油管，通过喷油器喷入燃烧室。弹簧主要利用弹性变形时所储存的能量来起到缓和机械上的震动和冲击作用.
2.2柱塞弹簧的材料性能分析
由弹簧的制造过程分析，所以我们对弹簧材料的基本要求主要考虑两个方面：一个是与弹簧实际使用有关的材料基本性能，另一个是制造过程有关的材料的工艺性能。弹簧钢的材料可以是碳素钢或低合合钢。1、材料的基本性能主要有：①力学性能；要求弹簧材料有较高的弹性极限、比例极限、强度极限、屈强比，也要求有较高的硬度，一定的塑性和和韧性，即适合弹簧工作条件的最好的综合力学性能。②疲劳性能：疲劳破坏活动是弹簧最主要的破坏形式，影响材料疲劳性能的最主要因素为强度（硬度）、表面状态（包括表面缺陷、脱碳、残余应力等）以及材料的金相组织、均匀性和纯净度等。③抗弹减性能（即抗弹性减退能力，或称抗松弛性能）：即弹簧在室温下或工作温度下长期承受载荷下抵抗变形的能力。因为弹簧在工作状态下发生永久变形，会使承载能力下降甚至失效。为了满足上述两方面的性能要求，弹簧材料必须有优良的冶金质量，包括严格控制的化学成分、高纯净度。非金属夹杂物的较低含量及良好的粒度和分布形态。同时还要求材料的均匀性和稳定性。为了使弹簧具有高的强度，碳素弹簧钢的含碳量在0.60~0.90%范围内。弹簧钢中常用的合金元素为Si、Mn、Cr、V等。Mn及Cr主要是增大其淬透性，Si提高其弹性极限，V细化奥氏体晶粒。从冶金质量上看，弹簧钢是优质钢（含P≤0.04%、S≤0.045%），或高级优质钢（含P≤0.035%、S≤0.030%）,其纯洁度及均匀度高，非金属夹杂物少，表面质量要好。要经过冷热加工成形及适当的热处理或表面的处理，如果材料工艺性能差，易在加工中产生各种缺陷，是造成弹簧失效的重要原因。这些性能包括优良的加工成形性能，钢的淬透性及热处理工艺性能等。一般在喷丸子的时，棱角撞击弹簧表面造成的，细裂纹在疲劳跑合时进一步扩展至应力集中，而形成疲劳源，发生疲劳断裂。由于弹簧一般是在交变应力条件下使用，弹簧的失效大部分是由于疲劳破坏引起的。往往还受到振动和冲击载荷，所以要求弹簧钢必须具有高的抗拉强度，高的屈强比，高的疲劳强度（尤其是缺口疲劳强度），并有足够的塑性和韧性以及良好的表面质量，同时还要求有较好的淬透性和低的脱碳敏感性，在冷热状态下容易绕卷成型。因此，弹簧的疲劳断裂一般是由于喷丸时产生细裂纹造成的。
2 柱塞弹簧的失效分析
2.1失效的定义、形式和分类
钢丝进厂后，由检验员按厂标规定，送至理化室进行原材料的物理和化学两大块的检验，杜绝由于原材料质量的问题而在以后的加工和使用过程中造成客观失效。
每种机器零件都具有一定的功能，如传递力或能量，承受负荷等。当机器零件丧失所规定的功能时，则该现象被定义为机器零件的失效。
所谓机器零件丧失所规定的功能，一般有三种形式：（1）完全丧失功能，如零件的断裂等；（2）功能衰退，达不到原定的设计指标，如发动机汽缸因严重磨损而使发动机功率降低；（3）不能保证可靠性和安全性，如连杆螺栓因严重变形使其在继续服役中变得不安全，因而需要立即拆除调换。
失效分析要确定失效的类型，因此，必须对各种失效现象进行分类，根据失效的表现形式，通常可将实际发生和各种失效现象分为三大类型：断裂、表面损伤和过量变形。在每大类中，按失效的机制不同，又可分成若干小类：
断裂失效可分为：塑性断裂失效、脆性断裂失效、疲劳断裂失效、静载延迟断裂失效（04244）。
表面损伤失效：腐蚀失效（04222；04197）、接触疲劳失效、磨损失效。
过量变形失效（05087、04103、04105）：过量蠕变失效、塑性变形失效（05026；04249）、过量弹性变形失效。
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