碟形弹簧的热处理

碟形弹簧是中心为孔的圆盘成形为圆锥状的弹簧。与传统弹簧不同，碟形弹簧在功能上有其特殊的作用，主要特点是，弹簧刚度大，且通过改变碟簧的设计和组合形式可以得到不同的承载能力和负荷特性，维修换装容易，经济安全性高。适用于空间小、负荷大的精密重型机械、军用武器装备中做缓冲和减振弹簧，也可用于汽车和拖拉机的离合器或安全阀中的压紧弹簧。

碟形弹簧国家标准为GB/T 1972。碟形弹簧的热处理工艺有多种，包括普通淬火+回火、等温淬火、高温形变淬火、渗碳淬火、去应力退火、加温加压处理(蠕变退火)和稳定化处理(强压和立定及喷丸后的低温去应力退火)。具体采用哪几种工艺则要根据弹簧的性能要求、所用的材料类型、成形工艺方法等确定。

碟形弹簧的热处理

(1)碟形弹簧的去应力退火 对于直接选用热处理钢带(通常厚度小于1.5mm)的碟形弹簧，成形后不需要进行淬火处理，只需要进行低温退火消除内应力。这种处理与其他弹簧的去应力退火工艺一样。采用这种工艺制造弹簧对成形冲压模具和弹簧的原材料有较高的要求。

(2)碟形弹簧的淬火与回火热处理 对于厚度>3mm的碟形弹簧，由于难以采用冷轧弹簧钢带，只能用弹簧钢热轧钢板加工制造，弹簧成形后就要进行淬火与回火热处理来达到材料的性能要求。还有的经过锻造成形的碟簧如果成形后未直接淬火，也需要再进行弹簧的淬火与回火处理。

这类碟簧的生产工艺流程如下：

其中的稳定化处理包括强压处理及低温退火。

标准碟形弹簧的最大外径是250mm, 非常用碟簧的最大外径为500mm, 淬火加热可以采用通常的加热炉进行加热，但为了防止弹簧氧化脱碳应采取适当的措施控制炉内气氛，最好用带可控气氛的加热炉。

部分标准碟簧淬火比较容易变形的可以用盐浴淬火，淬火时将碟形弹簧挂在夹具上人盐浴炉，这样可以保证碟簧的变形在较小范围内。但对于大外径薄厚度的碟形弹簧(如膜片弹簧、波形弹簧或特种非标碟簧)这种挂具就难以保证工件的形状和尺寸，这样就需要采用模压淬火也称形变淬火。

(3)碟簧的等温淬火 批量大而厚度较小的碟簧采用网带式保护气氛加热炉和等温槽进行下贝氏体等温淬火并连续回火。这样的设备可以保证碟簧的热处理质量，弹簧表面无脱碳，内应力较小，不易产生淬火裂纹与翘曲变形，硬度均匀，有较高的疲劳寿命。

弹簧热处理后硬度的控制范围应根据弹簧设计应力水平确定，也可以从材料厚度t考虑，如：t<1mm,48～52HRC;1mm≤t≤6mm,46～50HRC;t>6mm,42～46HRC。

(4)碟簧的高温形变淬火 高温形变淬火是对碟簧加热后成形(从平面到锥形锻坯)和淬火相结合的热处理方法。这是一种可避免淬火变形并使碟簧材料性能得到综合提高的工艺方法，碟簧毛坯可以在连续式加热炉中加热，也可以采用中频感应加热的方法。

(5)碟形弹簧的渗碳淬火 碟形弹簧通常都用含碳量较高的弹簧钢制造，由于弹簧热处理后易脱碳造成表面硬度不足，而且由于表面与心部含碳量的差异，淬火时表面更早形成马氏体使碟簧表面留有相当高的残余拉应力，这些都会造成弹簧疲劳寿命的降低。

对上述问题的一种改善方案就是碟簧的渗碳淬火，即材料采用含碳量为(0.2～0.4)% 的碳钢或低合金钢制造弹簧，在下料和加工成形后在(0.6～1.2)%碳势的气氛中加热到约 930～950℃进行渗碳处理，渗碳层深控制在0.25～0.70mm,表面碳含量控制在(0.70～0.75)%。淬火时，由于心部含碳量低， MS点为300～450℃,而表面含碳量高， MS 点为 100～250℃,所以心部首先转变成低碳马氏体。试验表明：渗碳淬火的碟簧表面形成残余压应力为-551～-482MPa,而原高碳钢碟簧淬火后表面为残余拉应力+137～+274MPa,结果渗碳淬火的碟簧的疲劳寿命比原高碳钢碟簧提高约(100～200)%。

碟形弹簧通过热处理强化既有了很高的弹性极限和强度又有了足够的韧性的最佳力学性能，保证弹簧在使用状态下长期可靠的工作。