客车悬架钢板弹簧断裂失效分析.docx
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客车悬架钢板弹簧断裂失效分析
JIANGSUUNIVERSITY
读书报告
客车悬架钢板弹簧断裂失效分析
FailureAnalysisofBusleafspringsuspension
学院名称：
材料科学与工程学院
专业班级：
金属材料工程0701
学生姓名：
刘杰
指导教师姓名：
陈康敏
指导教师职称：
副教授
2011年6月
目录
第一章弹簧及弹簧的种类1
1.1弹簧1
1.2弹簧的种类1
第二章板弹簧2
第三章弹簧钢3
3.1国内外弹簧钢发展概况3
3.2弹簧钢的性能特点4
3.3弹簧钢的发展趋势5
第四章弹簧钢中各合金元素的作用5
第五章弹簧钢的热处理工艺7
5.1悬架弹簧的热处理工艺7
5.2主要弹簧钢的热处理工艺8
第六章弹簧的服役条件和失效方式9
6.1弹簧的服役条件和应力状态9
6.2弹簧的失效方式10
第七章失效分析10
7.1失效分析概述10
7.2断口分析10
7.3弹簧钢失效分析所得出的结论11
第八章扫描电子显微镜13
8.1基本原理13
8.2扫描电镜的结构14
参考文献16
第一章弹簧及弹簧的种类
1.1弹簧
弹簧的机械特性是：
一旦施加外力，它就发生弹性变形，吸收并积蓄能量；如果外力取消，它会把吸收的能量释放出来并恢复原形。
为此，弹簧可用来吸收振动和缓和冲击；利用其恢复力产生动力或恢复原位；用来连接物件等等。
车辆与轨道、接触网或其他车辆动态接触时，车辆各部件的相互接触点或面上多会受到力。
为了缓冲这些接触部位的力，以维持圆滑的接触，并把部件的强度保持在适当的水平以实现小型轻量化，在车辆各部分使用了许多各种形式的弹簧。
1.2弹簧的种类
（1）螺旋弹簧
将钢棒或钢丝卷成螺旋形就是螺旋弹簧，这在车辆上用的最多。
用轴弹簧和枕弹簧的情况下，大多数还同时使用吸收振动的减振器。
（2）板弹簧
板弹簧是利用可弯曲的钢板制成的弹簧，也有用多层重叠制成的多层板弹簧。
新干线电动车组的轴箱使用多层板弹簧，这种弹簧弯曲时多层板之间产生的滑动摩擦可吸收振动，但这种摩擦不稳定，而且板弹簧较重，最近几乎不用了。
（3）扭曲弹簧
扭曲弹簧是利用轴的扭曲制成的弹簧，多数称为扭力棒。
用于转向架抗侧滚，其结构极简单。
牵引电动机的扭轴也兼作弹性联轴器。
（4）盘弹簧
盘弹簧是具有圆锥斜面的环状弹簧，由内环和外环组成，尺寸较大的可吸收较大能量，用作连接器的缓冲器。
（5）涡卷弹簧
涡卷弹簧是用薄的细长钢片卷制成的弹簧，一般称为钟表弹簧。
直流牵引电动机刷握上通常使用这种弹簧。
（6）碟形弹簧
碟形弹簧的形状如碟子底部，其受力方向较薄的弹性系数较大。
用于缓和轴向冲击。
（7）减振橡胶
是利用橡胶弹性制成的弹簧，它能对付三个方向（即X、Y、Z轴方向）的振动，也具有衰减元件。
它较容易安装且使用方便。
但耐候性比金属弹簧差，使用
温度范围也较窄。
除用于机械中防振之外，也在轴弹簧或联轴器的缓冲弹簧中应用。
（8）空气弹簧
空气弹簧是利用空气的压缩性制作的弹簧，使用中其弹性系数可以控制。
有膜片型和波纹管型两种。
在车辆的枕弹簧中广泛使用，不仅吸收上下振动，还可用来调整车辆地板面的高度。
又因其弹性系数正比于荷重变化，故车体的振动频率变化不大。
通过将辅助空气室的空间适当缩小便可使振动得以衰减，所以不必再使用减振器。
另外，空气弹簧不仅上下动作，而且横向也起作用，因此可以适当地设定转向架的转动刚性。
另外它还用于车体倾斜装置[1]。
第二章板弹簧
板弹簧（bladespring）：
由不少于1片的弹簧钢叠加组合而成的板状弹簧。
板弹簧按外形分类：
（1）椭圆形板弹簧
（2）半椭圆形板弹簧
（3）四分之一椭圆形板弹簧
（4）片弹簧。
椭圆形板弹簧、半椭圆形板弹簧及四分之一椭圆形板弹簧均为组合型式的板弹簧，依靠板与板之间的摩擦力而具有较高的缓冲和减振性能，广泛应用于汽车、拖拉机和铁道车辆的悬架系统；片弹簧为单片弹簧钢，多用于机械设备和仪器仪表中压紧工作部件,见图1.。
图1各种板弹簧
第三章弹簧钢
3.1国内外弹簧钢发展概况
中国的弹簧钢在20世纪50年代曾参照前苏联的弹簧钢牌号，主体为Si2Mn系列的弹簧钢，由于Si2Mn系弹簧钢存在淬透性低的缺点，随着国民经济的快速发展，已不能满足中国工业发展的需要，后经1977年、1984年两次修订，删除了一些无用的牌号，增加了高淬透性Cr2Mn系弹簧钢。
目前生产使用并列入GBöT1222—2007中的弹簧钢有15个钢种，其化学成分见表1。
美国弹簧钢无论是种类还是数量都比较多,但经常使用的钢种是9260、9254、5160和改进型5160等,尤以5160（H）和9260应用最广、产量最大美国弹簧钢无论是种类还是数量都比较多，但经常使用的钢种是9260、9254、5160和改进型5160等，尤以5160（H）和9260应用最广、产量最大。
日本弹簧钢标准JISG4801中收入9个钢种。
1984年修订JISG4801时，由于弹簧钢SUP4没有实用价值而被删掉,SUP3也只是作为铁道车辆板弹簧的补充使用。
德国弹簧钢标准DIN17221中共有6个钢种,其化学成分见表2。
其中38Si7是Si2Mn钢54SiCr6、56SiCr7是Si2Mn2Cr钢,55Cr3是Cr2Mn钢,50CrV4是Cr2V钢，51CrMoV4是在50CrV4的基础上添加了一定含量的Mo元素，大大提高了钢的淬透性及回火稳定性，适用于制造在高温环境下工作的超大型弹簧[2-3]。
表2德国弹簧钢标准DN17221钢种化学成分/%
钢号
C
Si
Mn
Cr
Mo
V
38Si7
0.35-0.42
1.50-1.80
0.50-0.80
-
-
-
54SiCr4
0.51-0.59
1.20-1.60
0.50-0.80
0.50-0.80
-
-
60SiCr7
0.57-0.65
1.50-1.80
0.70-1.00
0.20-0.40
-
-
55Cr3
0.52-0.59
0.25-0.50
0.70-1.10
0.70-1.00
-
-
50CrV4
0.47-0.55
0.15-0.40
0.70-1.10
0.90-1.20
-
0.10-0.20
51CrMoV4
0.48-0.56
0.15-0.40
0.70-1.10
0.90-1.20
0.15-0.25
0.08-0.15
3.2弹簧钢的性能特点
弹性门坎和弹性极限。
微量塑性变形抗力一一弹簧合金的一个主要性能——用条件弹性极限来表征是最可靠的，其相应出现的残余变形量约为10-3或最好为10-4％。
弹性极限和比例极限（有时也用于评定弹性合金的质量）的主要区别，不在于所规定的残余变形的大小，而在于它在试验时方法相同具有较向的测量精度，因为它仅仅测定卸裁后的残余变形。
此外，弹性极限也可以直接地表示出产生一定残余变形的相应应力值。
宏观弹性极限对应于出微量塑性变形的第一阶段向第二阶段的过渡，第一阶段的特点是硬化系数很高．而第二阶段的硬化系数急剧地降低，并且残余变形的累积速度增大。
微量塑性变形发展的这两个阶段的物理本质是各不相同的。
在第一阶段，位错、磁畴壁等其移动不很大，相反地，该阶段发展的程度主要决定于表面和体积不均匀性的存在，因此，这与合金的成分和处理无关，不过这尚未定论。
在第二阶段，与第一阶段不同，发生了不可逆的组织变化（包括恢错结构的变化）。
由此可见，宏观弹性极限具有确定的物理念义。
弹性极限技术上的意义在于共大小可表征一个极限应力，这一极限应力是弹性元件加载过程中不得超过的。
3.3弹簧钢的发展趋势
（1）弹簧钢向高强度方向发展
提高弹簧设计应力、减轻弹簧重量是弹簧的发展方向。
影响弹簧钢设计应力的两个主要因素是有弹簧钢的合金元素含量并添加微合金化元素；另一方面借鉴航空用超高强度钢的经验，降低含碳量并添加V和Nb等。
（2）弹簧钢向高弹减抗力方向发展
由于决定弹簧许用应力的主要因素是弹减抗力，因此提高弹减抗力一直是高强度弹簧钢研究开发的重点。
（3）弹簧钢向高纯净度方向发展
国内外钢厂和汽车厂对弹簧钢氧含量提出了很高的要求，如瑞典SKF标准要求弹簧钢氧含量低于15mg/L，夹杂物最大尺寸小于15um。
弹簧钢生产企业应从冶炼工艺及连铸工艺两方面入手，通过采取加强原料管理、合理配料、精料入炉，强化冶炼操作、优化冶炼工艺，改进脱氧、造渣制度、强化炉解精炼等措施，生产高纯净度弹簧钢[4-5]。
第四章弹簧钢中各合金元素的作用
合金化元素在钢中应用的基本原理在于其在钢中的固溶、偏聚和沉淀作用，尤其是微合金元素与碳、氮交互作用，产生了诸如晶粒细化、析出强化、再结晶控制、夹杂物改性等一系列的次生作用，这些因素综合的对钢产生了强韧化效果，同时提高材料的工艺性能。
60CrMnBA涉及的化学元素主要有C、Si、Mn、Cr、B等，其作用分述如下：
（1）碳设计C含量的应主要考虑固溶强化及回火二次沉淀硬化所需。
C是主要的强化元素，C溶解在钢中形成间隙固溶体，起固溶强化作用，它与强碳化物形成元素形成碳化物析出时，起沉淀强化作用。
碳对弹簧的强度、硬度、塑性、韧性、脱碳倾向、显微组织都有很大的影响。
弹簧钢要求较高的强度和疲劳，一般在淬火＋中温回火的状态下使用，使获得较高的弹性极限。
为保证强度，弹簧钢中必须含有足够的C，但随C含量的上升，塑形、韧性会下降。
为了提高弹簧钢的韧性和塑性，碳含量有降低的趋势。
C含量高虽然对强度、硬度、弹性等有利，但塑性、综合性能不够理想、韧性较低，易脱碳，对弹减抗性不利，影响弹簧的疲劳寿命。
（2）硅Si不是碳化物形成元素，基本上以固溶态存在，具有固溶强化效果高于Mn，在常用合金元素中名列前茅。
Si本身不仅有固溶强化作用，而且能改变钢回火时析出碳化物的数量、尺寸和形态等，提高钢的回火稳定性，因此，对提高材料强度、硬度有好处。
当合金元素和C含量在一定的范围内时，Si对弹性减退抗力的贡献居各种合金元素之首。
Si增强抗弹性减退的能力随着含量增加而增强，在含量1.5%时效果最佳。
但是，Si也可能在一定程度上对塑性、韧性产生不良影响。
Si含量较高时还助长钢加热时的脱碳、石墨化和晶粒粗化倾向。
一般弹簧钢中硅含量不大于0.3%。
（3）锰Mn是弱碳化物形成元素，在钢中主要以固溶的形式存在于基体中。
一部分固溶于铁素体（或奥氏体），另一部分形成含Mn的合金渗碳体（Fe、Mn）3C。
以固溶形式存在的。
Mn具有较强的固溶强化效果，Mn对铁素体的固溶强化作用仅次于P和Si。
同时Mn是奥氏体稳定化元素，能扩大奥氏体相区，钢中加入Mn还能显著提高钢的淬透性，改善热处理性能，强化基体、降低珠光体的形成温度，细化珠光体的片间距离，从而提高钢的强度和硬度，其对淬透性的增强作用高于Cr、Mo、Ni。
同时Mn矿为我国富产，价廉易取。
但Mn增大了弹簧钢的过热敏感性，晶粒易粗大，还易增大回火脆性，因此，Mn含量不宜过高。
（4）铬Cr是中强碳化物形成元素，加热时溶入奥氏体的Cr能强烈地提高淬透性。
钢中的Cr一部分形成碳化物，另一部分溶入基体产生固溶强化，提高钢的强度和硬度。
Cr不仅能使C曲线明显地右移，而且使珠光体和贝氏体转变的C曲线明显分开。
在52CrMnB中，Cr与Mn适当配合，显著提高了钢的淬透性，并且较多的Cr将促进位错马氏体的形成。
但是Cr在钢中起到强化作用的同时亦使塑性有所降低，并增加回火脆性。
52CrMnB用于35mm以下的厚大截面钢板弹簧，需要良好的淬透性，因此52CrMnB在避免回火脆性的同时增加Cr含量。
（5）硼B能使钢的淬透性显著提高，B原子偏聚于奥氏体淬火冷却过程中晶界上，降低晶界能，抑制铁素体的形核，推迟铁素体的形成，同时晶界上的B原子也阻滞晶界原子的扩散，使铁素体在晶界上扩散形核减缓，从而增加淬透性。
常用化学元素中，B对淬透性贡献最大，0.001%～0.003%B的作用分别相当于0.6%Mn、0.7%Cr、0.15%Mo、1.5%Ni，应用B可节省大量合金元素。
淬透性随硼含量的增加而增加,但B含量超过0.001%后淬透性不再增加。
而且钢中的C含量越少，B的淬透性效应越发突出。
B还能提高钢的抗弹减性，当B元素以间隙原子形式固溶于奥氏体、铁素体时，特别容易聚集在位错线附近，抑制变形过程。
但是，B在化学元素周期表中位于第二周期，是第ⅢA族的第一个元素。
它和N、O都有很强的亲和力，并能与S、C化合。
加热能提高B的化学活性。
B同钢中的N、O结合形成氧化物和氮化物后，就失去提高钢的淬透性功能。
同时B在冶炼过程中极易挥发，因此B钢的冶炼过程中对脱O、脱N要求较高，B回收利用难度较大[6]。
第五章弹簧钢的热处理工艺
5.1悬架弹簧的热处理工艺
用油淬火钢丝或钢棒卷制的悬架弹簧只需进行去应力退火。
例如55SiCr油淬火铜丝卷制的悬架弹簧的遢火工艺为380℃×1h。
如用退火或热轧态盘条卷制的悬架弹簧必须进行淬火和回火后才能达到所需要的力学性能。
具体工艺：
1．常规热处理工艺批量生产时，采用输送带或步进式连续加热炉，保护气氛加热到860℃～880℃时油淬，再在热风循环的周期性作业炉或连续式回火炉中保持足够的时间，使其硬度达到46～52HRC。
2．高温形变热处理将锕棒进行感应加热或电接触加热到950～l000℃．立即用靠模轧制成那样的形状及尺寸、再热卷成簧后淬火（余热淬火）和回火。
这是一种强化的热处理生产工艺，生产率高，又可获得超细晶粒和形变热处理强韧化救果。
对于Si-Cr系（SAE9254）钢，其抗拉强度可达1770～2060MPa，φ﹥45%，σ﹥7%，弹簧表面无脱碳现象。
用这种方法制造的悬架弹簧具有很高的疲劳强度和抗应力松弛性能[7~9]。
如生产条件不具备时，可将轧错、绕簧和淬火工序分开进行。
此时淬火方法可按常规工艺或等温淬火工艺进行。
5.2主要弹簧钢的热处理工艺
表3就是主要弹簧钢的热处理工艺和各刚号的主要用途[10-11]。
表3是主要弹簧钢的热处理工艺和主要用途
钢号
热处理
力学性能
交货状态
Hb不大于
主要用途
淬火温度/℃
淬火介质
回火温度/℃
屈服强度
/Mpa
抗拉强度/Mpa
65Mn
830
油
540
800
1000
热轧
302
截面直径小于15mm的中小型,低应力弹簧,如座垫板簧,弹簧发条等.
50CrMn
55CrMnA
60CrMnA
840
油
490
1100
1300
热轧
321
载荷较高,应力较大板簧,也用于直径较大的（50mm）的螺旋弹簧.
60Si2MnA
870
油
440
1400
1600
热轧
321
汽车,拖拉机,铁道车辆上的板簧,螺旋弹簧,汽缸安全阀及止回阀簧。
60SiMnWA
850
油
420
1700
1900
热处理
302
极重要的和重载下工作的螺旋弹簧和板簧
55SiMnB
60CrMnBA
870
油
480
1200
1300
热轧
321
汽车前后簧,后簧
60CrMnMoA
55SiMnMoV
880
油
550
1300
1400
热轧
321
重型汽车板簧,越野汽车板簧.
第六章弹簧的服役条件和失效方式
6.1弹簧的服役条件和应力状态
弹簧的服役条件是指它工作的环境（温度和介质）及应力状态等因素。
工作温度可分为低温（室温以下）、室温、较高温度（120～350℃）、高温（400℃以上）几个档次。
工作环境介质有空气（干燥气和潮湿气）、水蒸气、雨水、燃烧产物、油及酸碱水溶液等。
普通机械弹簧一般是在室温或较高工作温度、大气条件下承受负荷。
也有用于耐蚀、承受高应力等各种特殊用途的弹簧。
应当指出工作持续时间也是一个值得考虑的重要因素。
弹簧的载荷特性由弹簧变形时载荷（P或T）与变形（F或φ）之间的关系曲线表示。
常见者有三类：
直线型、渐增型、不重合型[12-13]。
弹簧载荷有动载荷（振动、扭转、弯曲等）和静载荷，有些重要弹簧承受复杂的交变载荷。
应力状态时设计弹簧、选材及热处理的一个极其重要的参数。
在外力作用下，弹簧材料内部往往产生不同的应力：
如弯曲应力、扭转应力（切应力）或弯扭复合应力等[13-15]。
弹簧的应力状态举例如表。
表4弹簧钢的应力状态
应力状态
弹簧类型
弯曲应力（σb）为主
各种板簧、片簧、碟簧、平面蜗卷弹簧、扭转螺旋弹簧、波形弹簧、弓形弹簧等
扭转（剪切）应力（τb）
压缩和拉伸螺旋弹簧、扭杆弹簧、蜗卷螺旋弹簧
复合应力
承受压缩和拉伸复合应力，如环形弹簧、承受弯曲横向载荷的弹簧
交变应力
对称（σ-1、τ-1）
非对称（σmax～σmin）
脉动（0～σmax）
各种气门弹簧、气阀弹簧
6.2弹簧的失效方式
由于弹簧服役条件的复杂性和苛刻性，其失效方式有多种多样，主要有断裂失效和应力松弛（变形）失效两大类。
在断裂失效中又可分为脆性断裂和塑性断裂，其中突发性的脆性断裂的危害性最大。
在断裂失效中又可分为脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂及疲劳断裂。
此外，还有氢脆、镉脆及黑脆等。
其中疲劳断裂约占弹簧断裂失效的80%～92%。
在生产实践中可依据弹簧断口特征来判断其断裂方式，可根据弹簧的受力条件找出其断裂源，分析其裂纹的扩展速率。
应力松弛（变形）失效时弹簧工作过程中普遍存在的现象，但一般不被重视，而它对那些执行控制性元件中则是影响产品效率、灵敏度及可靠性的关键性零件。
弹簧的早期失效对钢材的浪费想但严重、造成直接和间接的经济损失巨大[16-17]。
第七章失效分析
7.1失效分析概述
失效分析是人们认识事物本质和发展规律的逆向思维和探索，是变失效为安全的基本环节和关键，是人们深化对客观事物的认识源头和途径。
因此在思路上要求遵守并正确运用以下五个基本原则：
（1）整体观念原则
（2）从现象到本质的原则（3）动态原则（4）—分为二原则（5）纵横交汇原则；思路上的五种具体方法为：
（1）系统方法（2抓主要矛盾方法（3比较方法（4）历史方法（5）逻辑方法[18]。
7.2断口分析
工程构件的断裂分析大论在理论上还是在应用上都是十分有用的。
断裂分析包括宏观分析和微观分析，通过断口分析可以揭示断裂机理，判断裂纹性质及原因，裂纹源及走向；还可以观察到断口里的外来物质或夹杂物,出于扫描电镜的特点，使得它在现有的各种断裂分析方法中占有突出的地位.
材料断口的微观形貌住往与材料化学成分、显微组织、制造工艺及服役条件存在密切联系，所以断口形貌的确定对分忻断裂原因常常具有决定性作用。
金属材料断口按断裂性质可分为脆性断口、韧性断口、疲劳断口从环境因素断口；按断裂途径可分为穿晶断口、沿晶断口从混合断口。
表5列出了它们的主要特点及相应的断口形貌—现分别简要介绍如下[19]。
表5断口的主要特点及相应的断口形貌
分类方法
断口类型
特点
断口微观形貌
按断裂性质分类
脆性断口
断裂前材料不产生明显的宏观塑性变形，断口宏观形貌为结晶状或放射状
解理断口、准解理断口或冰糖状沿晶断口
韧性断口
断裂前材料有明显的塑性变形，断口宏观形貌为纤维状
韧窝断口
疲劳断口
有周期性重复载荷引起的断裂
穿晶，有疲劳条纹或沿晶断口
环境因素断口
由于应力腐蚀、氢脆、液态金属脆化、腐蚀疲劳或高温蠕变引起的断裂
沿晶断口
穿晶断口
按断裂用途分类
穿晶断口
脆性穿晶断口（回火脆性及氢脆等断口）
韧性穿晶断口（过热组织断口）
解理或准解理断口，韧断穿晶断口
沿晶断口
脆性穿晶断口
韧性穿晶断口
冰糖状沿晶断口
断口晶界表面有密布的小韧窝
混合断口
穿晶沿晶两种断口混杂存在
7.3弹簧钢失效分析所得出的结论
由蔡璐,王磊所完成的高强度变截面板弹簧失效分析及对策所得出的结论有：
（1）淬火温度及回火工艺不合理是造成试制弹簧早期失效的主要原因,生产最佳工艺为915~925℃加热淬火,470~480℃回火2h。
（2）淬火加热装炉方式不合理是造成试制弹簧早期失效的原因之一,板簧弧形凹面（待喷丸面）朝下,可以避开油喷嘴的烈焰,避免过热。
（3）喷丸工艺不合理也是造成试制弹簧早期失效的原因之一,自由喷丸后再进行应力强化喷丸,能够有效的提高疲劳寿命。
（4）改进后的工艺明显提高了弹簧寿命,达到了技术要求[20]。
第八章扫描电子显微镜
8.1基本原理
图2扫描电镜原理示意图
图2是扫描电镜的原理示意图c由最上边电子枪发射出来的电子柬，经栅极聚焦后，在加速电压作用下，经过：
至二个电磁透镜所组成的电子光学系统，电子束会聚成一个细的电子束聚焦在样品表面。
在末级透镜上边装有扫描线阁。
公它的作用下佼电子束在样品表面扫描。
出于高能电子束与样品物质的交互作用．结果产生了各种信息：
二次电子、背反射电子、吸收电子、x射线、俄歇电子、阴极发光和透射电子等.这些信号被相应的接收器接收．经放大后送到显像管的栅极上。
调制显保管的亮度.由于经过扫描线圈的电流是与显像管相应的亮度一一对应，也就是说电子束打到样品上一点时，在显像管荧光屏上就出现一个亮点。
扫描电镜就是这样采用逐点成像的方法，把样品表面不同的特征，按顺序，成比例地转换为视频传号，完成--帧图像。
从而使我们在荧光屏上观察别样品表面的各种特征图像.
8.2扫描电镜的结构
扫描电镜包括以下几部分：
1．电子光学系统
该系统由电于枪、电磁透镜、光阑、样品室等部件组成。
它的作用与透射电镜不同，仅仅用来获得扫描电子束。
显然，扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径.目前使用中的扫描电镜大多为普通热阴极电子枪，由于受到钨丝阴极发射率较低的限制，需要较大的发射截面，才能获得足够的电子束强度。
采用钨丝阴极发射的电子光源扫描电子束直径一般可达20～50um，六硼化铜阴极发射率比较高，有效发射截面可以做到直径为20um左右，比钨丝阴极要小得多，因此无论是亮度还是电子源直径都比钨丝阴极多.以上两种电子枪都属于热发射电子枪，而场发射电子枪分为冷场和热场发射两种，一般在扫描电镜中采用冷场发射。
它是利用靠近曲率半径很小的阴极尖端附近的强电场使阴极尖端发射电子的，所以叫做场致发射（简林场发射）.如果阴极尖端半径为100～500nm，片在尖端与第—阳极之间加3～5kV的电位差，那么在阴极尖端附近建立的强电场就足以使它发射电子，在第二阳极几十千伏甚至几百千伏正电位作用下，阴极尖端发射的电子会聚在第二阳极孔的下方（即场发射电子枪第一交叉点位置上）．电子束直径小于20nm（甚至l0nm）.可见场发射电子枪是扫描电镜获得高分辨率，高质量图像较为理想的电了源.此外、场发射扫描电镜在低电压下仍保持高的分辨率和电子枪寿命长等优点。
在光学系统中，扫描电镜的最后一个透镜的结构有别于透射电镜，它是采用上下极靴不同孔径不对称的磁透镜，这样可以大大减小下极靴的圆孔直径，从而减少样品表面的磁场．避免磁场对二次电子轨迹的干扰，不影响对二次电子的收集。
另外、末级透镜中要有一定的空间．用来容纳扫描线圈和消像散器：
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