碟形弹簧可以在较小的空间内具有很大的承载能力;在负荷作用的方向上尺寸较小，因而单位体积材料的变形能较大;可以利用不同的组合方式和改变单片的几何尺寸，得到各种近线性、渐增性、渐减性及其它组合形式;每一种碟簧可以组成多种弹簧组。所以可以适应设计的不同需要;单个碟簧的制造和热处理因其小而特别方便;当弹簧组损坏时，只要换下损坏的部分就可以了，便于整机的维修。

　　一般作为重型设备，汽车、钻机、模具、液压件、制动器、减振器和安全阀等的弹簧部件。高温碟簧除了具有普通碟簧的特点外，还具有在高温环境中的弹性性能，可以代替高温圆柱螺旋弹簧。

　　1、试验方法

　　1.1高温碟簧的材料

　　试验用的高温碟簧材料选用30W4Cr2VA。

　　材料的化学成分

　　材料的机械性能

　　1.2弹簧试块的热处理

　　为了选择最佳的热处理工艺，将15个同一炉号，同一规格的试块分为三组，采用三种温度进行淬火处理，并测定淬火后的硬度值，检查三种温度淬火后的金相组织。三组试块的淬火温度分别为：

　　A1=1050℃　A2=1070℃　A3=1100℃

　　将三组经不同温度淬火的试块分别用八个不同的温度进行回火处理，并分别测定试块回火后的硬度值，检查回火后的金相组织。八种回火温度分别为：

　　B1=350℃　B2=400℃　B3=500℃　B4=550℃　B5=600℃　B6=650℃　B7=700℃　B8=750℃

　　1.3弹簧的热处理

　　根据试块的热处理硬度和金相组织观察结果，制定出最佳的热处理工艺，对弹簧进行淬火和回火处理，测试弹簧的性能。

　　2、热处理工艺分析与讨论

　　2.1弹簧的热处理工艺

　　淬火：淬火温度为1050℃，其间在820℃，保温15min。

　　回火：第一次回火温度为480℃，保温2h;第二次回火温度为650℃，保温2h。

　　2.2弹簧淬火加热方式和保温时间

　　30W4Cr2VA材料的热传导性能比普通合金弹簧钢差一些.所以加热采用两段式加热方式。30W4Cr2VA的临界点Ac1=820℃，MS=400℃，第一段加热温度为820℃，保温15min，再放入1050℃的炉内，当弹簧温度达到淬火温度时.马上进行淬火处理。因为30W4Cr2VA在高温区间有晶粒长大的倾向，所以这种材料在高温区停留的时问越短越好。因而采用所谓“零”保温淬火，尽量减少工件在高温区停留的时间，保证了弹簧淬火后的晶粒度。

　　2.3淬火加热时的保护气氛

　　碟形弹簧的负荷主要作用在弹簧的两个表面上，其中一个表面为拉应力，另一个表面为压应力。当作用力超过碟簧的平面后，则碟簧两个表面的受力情况和原来的受力情况相反，压应力变为拉应力，拉应力则变为压应力。

　　总之，碟簧的受力主要集中在碟簧的两个表面。所以碟簧的表面质量直接影响到碟簧的质量。碟簧的表面质量，除了表面缺陷外，还表现在表面的粗糙度和表面氧化脱碳层的深度。表面粗糙度好，应力分散，弹簧的疲劳强度就高。表面脱碳严重降低工件的疲劳性能，使表面层材质弱化，在循环载荷作用下形成疲劳源，导致弹簧早期断裂。试验表明，表面脱碳使40Cr钢的弯曲疲劳极限σ-1降低77%，σ-1n降低22%。使硅锰弹簧钢的σ-1降低41%，，而表面氧化的影响较脱碳更为恶劣。

　　弹簧表面的氧化脱碳与热处理有直接关系。为了减少氧化脱碳层的深度，在弹簧加热时采用保护性气氛，这样最大限度地减少工件同氧气的接触，使脱碳降低到最低程度。试验的试块和弹簧加)热时采用氩气保护，经保护加热的试块和弹簧表面，虽经高温加热，也几乎没有脱碳，从而保证了弹簧的质量。

　　2.4弹簧的回火处理

　　30W4Cr2VA弹簧钢的淬透性比较好，为了及时消除淬火应力，防止弹簧开裂，淬火后应立即进行第一次回火，第一次回火的温度可以适当低一些。一般取480℃。

　　从试块的淬火回火硬度分析，30W4Cr2VA有回火二次硬化现象，所以应进行不少于两次的回火处理。从弹簧的弹性性能试验数据看，经过两次以上回火处理后，弹簧性能有很大的提高，故应采用两次回火。

　　试块经淬火和回火后的硬度与温度的关系

　　3、试验结果

　　3.1试块的硬度值与温度的关系

　　从试块的试验结果分析，随着淬火温度的提高，淬火硬度值提高，但晶粒也随着变大。同一试块随着回火温度的提高，硬度值也相应增大，在650℃回火时达到最高硬度。但当温度超过700℃时，硬度值下降，弹簧的弹性性能也下降。

　　3.2金相分析

　　采用1050℃淬火，冷却剂为快速淬火油.淬火组织为较细的淬火马氏体。采用两次回火，第一次480℃回火2h，第二次650℃回火2h.金相组织中的马氏体针状形态已逐渐消失，但仍隐约可见，碳化物很细小，组织为回火屈氏体。从淬火、回火的金相组织看，热处理工艺可以达到金相组织对弹簧的要求，可以认为热处理工艺是合理的。

　　4、结论

　　30W4Cr2VA制高温碟簧的热处工艺，要考虑这种材料的特点和碟形弹簧的性能要求，采用两段式加热方法、通人保护气体以防止氧化和脱碳、用“零”保温以防止高温区的晶粒长大、经至少两次回火处理。经此处理之高温碟簧能达到图纸要求

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