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碟形彈簧失效的多種原因分析

碟簧有變剛度特性和安裝緊湊等特點，廣泛應用于機械設備工業(yè)、石油工業(yè)、汽車工業(yè)以及航空航天工業(yè)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較大的變形能，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)而導致的淬火和回火處理導致高溫回火脆性；熱處理表面會發(fā)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，成分的分離導致碟形彈簧性能不均。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，導致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(xù)性并成為裂紋敏感區(qū)域，特別是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. 長時間使用會導致材料脆化。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，從而導致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(huán)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，將導致環(huán)境脆弱性。裂紋的成核和傳播以及微裂紋的出現，會導致碟形彈簧過早疲勞失效。

6. 使用環(huán)境會導致碟形彈簧進一步脆化。當碟形彈簧在高溫或低溫環(huán)境下長時間工作時，其結構會緩慢變化并進一步脆化。

上述每種原因都會導致碟形彈簧在工作期間產生疲勞故障，并給生產和使用帶來損失。因此，探索碟形彈簧的載荷與變形之間的關系具有重要的應用價值。根據碟形彈簧的當前計算公式，兩者都適用于中小型負載的限制。

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