碟形彈簧可以在較小的空間內具有很大的承載能力；在負荷作用的方向上尺寸較小，因而單位體積材料的變形能較大；可以利用不同的組合方式和改變單片的幾何尺寸，得到各種近線性、漸增性、漸減性及其它組合形式；每一種碟簧可以組成多種彈簧組.所以可以適應設計的不同需要；單個碟簧的制造和熱處理因其小而特別方便；當彈簧組損壞時，只要換下損壞的部分就可以了，便于整機的維修。一般作為重型設備，汽車、鉆機、模具、液壓件、制動器、減振器和安全閥等的彈簧部件。高溫碟簧除了具有普通碟簧的特點外，還具有在高溫環境中的彈性性能，可以代替高溫圓柱螺旋彈簧。

1試驗方法

1.1高溫碟簧的材料

試驗用的高溫碟簧材料選用30W₄Cr₂VA。

材料的化學成分

材料的機械性能

1.2彈簧試塊的熱處理

為了選擇最佳的熱處理工藝，將15個同一爐號，同一規格的試塊分為三組，采用三種溫度進行淬火處理，并測定淬火后的硬度值，檢查三種溫度淬火后的金相組織。三組試塊的淬火溫度分別為：

A₁=1050℃　A₂=1070℃　A₃=1100℃

將三組經不同溫度淬火的試塊分別用八個不同的溫度進行回火處理，并分別測定試塊回火后的硬度值，檢查回火后的金相組織。八種回火溫度分別為：

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

1.3彈簧的熱處理

根據試塊的熱處理硬度和金相組織觀察結果，制定出最佳的熱處理工藝，對彈簧進行淬火和回火處理，測試彈簧的性能。

2熱處理工藝分析與討論

2.1彈簧的熱處理工藝

淬火：淬火溫度為1050℃，其間在820℃，保溫15min。

回火：第一次回火溫度為480℃，保溫2h；第二次回火溫度為650℃，保溫2h。

2.2彈簧淬火加熱方式和保溫時間

30W4Cr2VA材料的熱傳導性能比普通合金彈簧鋼差一些.所以加熱采用兩段式加熱方式。30W₄Cr₂VA的臨界點A_c1=820℃，M_S=400℃，第一段加熱溫度為820℃，保溫15min，再放入1050℃的爐內，當彈簧溫度達到淬火溫度時.馬上進行淬火處理。因為30W₄Cr₂VA在高溫區間有晶粒長大的傾向，所以這種材料在高溫區停留的時問越短越好。因而采用所謂“零”保溫淬火，盡量減少工件在高溫區停留的時間，保證了彈簧淬火后的晶粒度。

2.3淬火加熱時的保護氣氛

碟形彈簧的負荷主要作用在彈簧的兩個表面上，其中一個表面為拉應力，另一個表面為壓應力。當作用力超過碟簧的平面后，則碟簧兩個表面的受力情況和原來的受力情況相反，壓應力變為拉應力，拉應力則變為壓應力。總之，碟簧的受力主要集中在碟簧的兩個表面。所以碟簧的表面質量直接影響到碟簧的質量。碟簧的表面質量，除了表面缺陷外，還表現在表面的粗糙度和表面氧化脫碳層的深度。表面粗糙度好，應力分散，彈簧的疲勞強度就高。表面脫碳嚴重降低工件的疲勞性能，使表面層材質弱化，在循環載荷作用下形成疲勞源，導致彈簧早期斷裂。試驗表明.表面脫碳使40Cr鋼的彎曲疲勞極限σ_-1降低77%，σ_-1n降低22%。使硅錳彈簧鋼的σ_-1降低41%，，而表面氧化的影響較脫碳更為惡劣。

彈簧表面的氧化脫碳與熱處理有直接關系。為了減少氧化脫碳層的深度，在彈簧加熱時采用保護性氣氛，這樣最大限度地減少工件同氧氣的接觸，使脫碳降低到最低程度。試驗的試塊和彈簧加)熱時采用氬氣保護，經保護加熱的試塊和彈簧表面，雖經高溫加熱，也幾乎沒有脫碳，從而保證了彈簧的質量。

2.4彈簧的回火處理

30W₄Cr₂VA彈簧鋼的淬透性比較好，為了及時消除淬火應力，防止彈簧開裂，淬火后應立即進行第一次回火，第一次回火的溫度可以適當低一些。一般取480℃。

從試塊的淬火回火硬度分析，30W₄Cr₂VA有回火二次硬化現象，所以應進行不少于兩次的回火處理。從彈簧的彈性性能試驗數據看，經過兩次以上回火處理后，彈簧性能有很大的提高，故應采用兩次回火。

試塊經淬火和回火后的硬度與溫度的關系

3試驗結果

3.1試塊的硬度值與溫度的關系

從試塊的試驗結果分析，隨著淬火溫度的提高，淬火硬度值提高，但晶粒也隨著變大。同一試塊隨著回火溫度的提高，硬度值也相應增大，在650℃回火時達到最高硬度。但當溫度超過700℃時，硬度值下降，彈簧的彈性性能也下降。

3.2金相分析

采用1050℃淬火，冷卻劑為快速淬火油.淬火組織為較細的淬火馬氏體。采用兩次回火，第一次480℃回火2h，第二次650℃回火2h.金相組織中的馬氏體針狀形態已逐漸消失，但仍隱約可見，碳化物很細小，組織為回火屈氏體。從淬火、回火的金相組織看，熱處理工藝可以達到金相組織對彈簧的要求，可以認為熱處理工藝是合理的。

4結論

30W₄Cr₂VA制高溫碟簧的熱處工藝，要考慮這種材料的特點和碟形彈簧的性能要求，采用兩段式加熱方法、通人保護氣體以防止氧化和脫碳、用“零”保溫以防止高溫區的晶粒長大、經至少兩次回火處理。經此處理之高溫碟簧能達到圖紙要求。