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(chǎn)生徑向貫穿裂紋;碟簧工作時位于碟簧凹面內(nèi)環(huán)面和端面交界處,承載max拉應力,以下是碟簧失效分析:
1.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(fā)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(xù)性,成為裂紋敏感的區(qū)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(yōu)先選擇了通道。
2.加工產(chǎn)生裂紋。碟形彈簧由熱鍛加工成型,淬火+高溫回火調(diào)質(zhì)處理,噴丸強化處理表面,整個加工過程中會出現(xiàn)碟簧內(nèi)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。
3.應力腐蝕。碟簧工作時承受拉應力,當?shù)尚冻d荷,其內(nèi)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(huán)境,在拉應力作用下,溶液中的氫發(fā)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(jié)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(huán)境脆斷微裂紋的形核和擴展,出現(xiàn)微裂紋,導致碟簧過早疲勞失效。
4.熱處理不合理。碟簧熱處理時,調(diào)質(zhì)處理,由于回火溫度與回火后的冷卻速度不當或出現(xiàn)偏差(譬如回火后的冷卻速度過于緩慢),產(chǎn)生高溫回火脆性;熱處理表面出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象,對碟簧的疲勞壽命產(chǎn)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。
5.使用環(huán)境使碟簧產(chǎn)生進一步的脆化。碟簧長期工作在高溫或低溫的環(huán)境下,其組織緩慢發(fā)生變化,出現(xiàn)進一步脆化。
6.長時間使用產(chǎn)生材料脆化。材料長時間使用,碟簧內(nèi)部組織達到甚至超出其力學性能極限,造成脆化出現(xiàn),過早產(chǎn)生疲勞失效。
以上每一種原因都會造成碟形彈簧在工作時產(chǎn)生疲勞失效,給生產(chǎn)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。
1.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(fā)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(xù)性,成為裂紋敏感的區(qū)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(yōu)先選擇了通道。
2.加工產(chǎn)生裂紋。碟形彈簧由熱鍛加工成型,淬火+高溫回火調(diào)質(zhì)處理,噴丸強化處理表面,整個加工過程中會出現(xiàn)碟簧內(nèi)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。
3.應力腐蝕。碟簧工作時承受拉應力,當?shù)尚冻d荷,其內(nèi)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(huán)境,在拉應力作用下,溶液中的氫發(fā)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(jié)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(huán)境脆斷微裂紋的形核和擴展,出現(xiàn)微裂紋,導致碟簧過早疲勞失效。
4.熱處理不合理。碟簧熱處理時,調(diào)質(zhì)處理,由于回火溫度與回火后的冷卻速度不當或出現(xiàn)偏差(譬如回火后的冷卻速度過于緩慢),產(chǎn)生高溫回火脆性;熱處理表面出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象,對碟簧的疲勞壽命產(chǎn)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。
5.使用環(huán)境使碟簧產(chǎn)生進一步的脆化。碟簧長期工作在高溫或低溫的環(huán)境下,其組織緩慢發(fā)生變化,出現(xiàn)進一步脆化。
6.長時間使用產(chǎn)生材料脆化。材料長時間使用,碟簧內(nèi)部組織達到甚至超出其力學性能極限,造成脆化出現(xiàn),過早產(chǎn)生疲勞失效。
以上每一種原因都會造成碟形彈簧在工作時產(chǎn)生疲勞失效,給生產(chǎn)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。