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        碟形彈簧失效的多種原因分析

        日期:2022-03-11 15:07:21

        碟簧有變剛度和安裝緊湊等 點,應用于機械設備工業、石油工業、汽車工業以及航空航天工業等領域。很大范圍取代了圓柱形螺旋彈簧。

        原始的雙碟形彈簧每單位體積具有大的變形能,可用于吸收沖擊并耗散能量。長期承受載荷時,會產生徑向穿透裂紋; 碟形彈簧工作時位于碟形彈簧的內圈表面和端面的交界處,承受很大拉應力,以下是碟形彈簧的失效分析:

        1. 加工過程中出現裂紋。碟形彈簧是通過熱鍛,淬火,高溫回火和回火處理以及噴丸強化表面來形成的。在整個加工過程中,碟形彈簧中會出現微裂紋,從而引起應力集中。如果在使用過程中負載太高,碟形彈簧將被加速。疲勞失效甚至破裂。

        2. 熱處理不合理。在碟形彈簧的熱處理過程中,由于回火溫度不適當,回火后的冷卻速度或偏差(例如,回火后的冷卻速度太慢)而使淬火和回火處理使高溫回火脆性; 熱處理表面會發生脫碳現象。碟形彈簧的疲 勞壽命有不利影響,這會惡化碟形彈簧的彈性頂點和疲勞壽命,這有利于裂紋的形成。

        3. 由于材料成分不合理,成分的分離使碟形彈簧性能不均。例如,當將60Si2Mn用作碟形彈簧材料時,Si含量低,這會降低碟形彈簧的屈服強度,使零件過早脆化甚至破裂; 含有大量的P會加劇鋼的脆性傾向和成分偏析。雜質的存在會分割基體的連續性并成為裂紋敏感區域,當分布在零件表面時,很容易引起壓力集中,這是應力腐蝕裂紋的影響。

        4. 長時間使用會使材料脆化。長時間使用該材料時,碟形彈簧的內部結構會達到或超過其機械性能的頂點,從而使脆化和過早疲 勞破壞。

        5. 應力腐蝕。碟形彈簧工作時會承受拉應力。當碟形彈簧卸載時,殘余拉應力仍保持在內部。如果碟形彈簧在酸性液體或高濕度的環境中長時間工作,則溶液中的氫會在拉伸應力的作用下積聚,吸附在表面空洞,腐蝕坑等缺陷上,從而使表面能或 原子鍵的鍵合力降低,局部應力集中加劇。當裂紋的成核功大于裂紋尖端的應力強度因子時,將環境脆弱性。裂紋的成核和傳播以及微裂紋的出現,會使碟形彈簧過早疲 勞失效。

        6. 使用環境會使碟形彈簧進步脆化。當碟形彈簧在高 溫或低 溫環境下長時間工作時,其結構會緩慢變化并進步脆化。

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