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碟形弹簧的失效原因分析

    双原碟形弹簧单位体积的变形能较大,用于吸收冲击和消散能量,在受到载荷长期冲击作用时,产生径向贯穿裂纹;碟簧工作时位于碟簧凹面内环面和端面交界处,承载最大拉应力,以下是碟形弹簧的失效原因分析:
    1.加工产生裂纹。碟形弹簧由热锻加工成型,淬火+高温回火调质处理,喷丸强化处理表面,整个加工过程中会出现碟簧内部微裂纹,造成应力集中,在使用过程中若负载过大会加速碟簧疲劳失效甚至开裂。
    2.热处理不合理。碟簧热处理时,调质处理,由于回火温度与回火后的冷却速度不当或出现偏差(譬如回火后的冷却速度过于缓慢),产生高温回火脆性;热处理表面出现脱碳现象,对碟簧的疲劳寿命产生不良影响,使碟簧的弹性极限和疲劳寿命恶化,有利于促成裂纹的形成。
    3.由于材料成分不合理,成分偏析导致碟簧性能不均匀,例如,60Si2Mn作为碟簧材料时,含Si量偏低,降低碟簧屈服强度,导致零件提前发生脆变,甚至开裂;含P量偏高,则加剧钢的脆性倾向和成分偏析;而杂物的存在则分割了基体的连续性,成为裂纹敏感的区域,特别当分布于零件表面时,容易造成压力集中,为应力腐蚀开裂优先选择了通道。
    4.长时间使用产生材料脆化。材料长时间使用,碟簧内部组织达到甚至超出其力学性能极限,造成脆化出现,过早产生疲劳失效。
    5.应力腐蚀。碟簧工作时承受拉应力,当碟簧卸除载荷,其内部依然保持着残余拉应力,若碟簧长期工作在酸性液体或湿度较大环境,在拉应力作用下,溶液中的氢发生聚集,吸附在表面的空穴、腐蚀坑等缺陷处,使表面能或原子健的结合力降低,局部应力集中加剧,当裂纹的形核功大于裂纹尖端应力强度因子时,从而导致环境脆断微裂纹的形核和扩展,出现微裂纹,导致碟簧过早疲劳失效。
    6.使用环境使碟簧产生进一步的脆化。碟簧长期工作在高温或低温的环境下,其组织缓慢发生变化,出现进一步脆化。
    上述每一种原因都会造成碟形弹簧在工作时产生疲劳失效,给生产应用带来损失,因此探究碟形弹簧承受载荷与形变之间的关系就十分具有应用价值,针对目前碟簧的计算公式都适用于中小载荷下的局限,探究碟簧在大载荷下的应力应变关系,得出精度较高的计算式就显得十分必要。

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