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碟形彈簧的失效原因分析

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雙原碟形彈簧單位體積的變形能較大,用于吸收沖擊和消散能量,在受到載荷長期沖擊作用時,產生徑向貫穿裂紋;碟簧工作時位于碟簧凹面內環面和端面交界處,承載最大拉應力,以下是碟形彈簧的失效原因分析:
1.加工產生裂紋。碟形彈簧由熱鍛加工成型,淬火+高溫回火調質處理,噴丸強化處理表面,整個加工過程中會出現碟簧內部微裂紋,造成應力集中,在使用過程中若負載過大會加速碟簧疲勞失效甚至開裂。
2.熱處理不合理。碟簧熱處理時,調質處理,由于回火溫度與回火后的冷卻速度不當或出現偏差(譬如回火后的冷卻速度過于緩慢),產生高溫回火脆性;熱處理表面出現脫碳現象,對碟簧的疲勞壽命產生不良影響,使碟簧的彈性極限和疲勞壽命惡化,有利于促成裂紋的形成。
3.由于材料成分不合理,成分偏析導致碟簧性能不均勻,例如,60Si2Mn作為碟簧材料時,含Si量偏低,降低碟簧屈服強度,導致零件提前發生脆變,甚至開裂;含P量偏高,則加劇鋼的脆性傾向和成分偏析;而雜物的存在則分割了基體的連續性,成為裂紋敏感的區域,特別當分布于零件表面時,容易造成壓力集中,為應力腐蝕開裂優先選擇了通道。
4.長時間使用產生材料脆化。材料長時間使用,碟簧內部組織達到甚至超出其力學性能極限,造成脆化出現,過早產生疲勞失效。
5.應力腐蝕。碟簧工作時承受拉應力,當碟簧卸除載荷,其內部依然保持著殘余拉應力,若碟簧長期工作在酸性液體或濕度較大環境,在拉應力作用下,溶液中的氫發生聚集,吸附在表面的空穴、腐蝕坑等缺陷處,使表面能或原子健的結合力降低,局部應力集中加劇,當裂紋的形核功大于裂紋尖端應力強度因子時,從而導致環境脆斷微裂紋的形核和擴展,出現微裂紋,導致碟簧過早疲勞失效。
6.使用環境使碟簧產生進一步的脆化。碟簧長期工作在高溫或低溫的環境下,其組織緩慢發生變化,出現進一步脆化。
     上述每一種原因都會造成碟形彈簧在工作時產生疲勞失效,給生產應用帶來損失,因此探究碟形彈簧承受載荷與形變之間的關系就十分具有應用價值,針對目前碟簧的計算公式都適用于中小載荷下的局限,探究碟簧在大載荷下的應力應變關系,得出精度較高的計算式就顯得十分必要。

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