碟形彈簧失效的多種原因分析

2020-12-10 騰訊網

碟簧有變剛度特性和安裝緊湊等特點,廣泛應用於機械設備工業、石油工業、汽車工業以及航空航天工業等領域。很大範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,可用於吸收衝擊並耗散能量。長期承受載荷時,會產生徑向穿透裂紋; 碟形彈簧工作時位於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,由於回火溫度不適當,回火後的冷卻速度或偏差(例如,回火後的冷卻速度太慢)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,這有利於裂紋的形成。

3. 由於材料成分不合理,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性並成為裂紋敏感區域,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,殘餘拉應力仍保持在內部。如果碟形彈簧在酸性液體或高溼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。當裂紋的成核功大於裂紋尖端的應力強度因子時,將導致環境脆弱性。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境下長時間工作時,其結構會緩慢變化並進一步脆化。

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,並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係具有重要的應用價值。根據碟形彈簧的當前計算公式,兩者都適用於中小型負載的限制。探索大載荷下碟形彈簧的應力-應變關係,並獲得更精確的計算公式是非常必要的。

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