碟形弹簧

    在机械设备中，碟形弹簧由于具有抗冲击载荷强、变形量小、承载能力大、在受载方向空间尺寸小等显著优点，常作为弹性元件广泛使用。

　碟形弹簧的生产和制造在欧洲由来已久，但在北美洲，碟形弹簧制造工业正在蓬勃兴起并逐渐被接受。碟形弹簧最早是100多年前法国J. Belleville发明的。20世纪30年代早期，工程师(G.M.)Almen and Laszio发展了理论、制订了生产、质量标准DIN 2092和DIN 2093。这些标准作为碟形弹簧的第一次工业标准被世界各地接受，并传遍了欧洲，目前已经被许多跨国公司广泛采用。日本制订了他们自己的相应标准，但美国还没有就碟形弹簧制定自己的工业标准。许多美国生产商以DIN标准作为碟形弹簧质量标准。1980年我国也参照DIN规定制定了相应标准，1992年作了修订，标准号为GB/T1972-1992，它规定了碟形弹簧的尺寸系列、技术要求、试验方法、检验规则和设计计算。

　一)碟形弹簧的材料

　我国碟形弹簧采用材料有高质量的弹簧钢60Si2MnA、50CrVA或特殊材料，如不锈钢、铬镍铁合金等。其中特殊材料不锈钢、铬镍铁合金等适用于高温和腐蚀性环境。大连高压阀门厂刘敏亮等2002年介绍采用铬镍铁合金碟形弹簧的高温高压硬密封球阀，密封可靠,零泄漏,可承受很大的轴向力,适用于液体、气体和酸类等强腐蚀介质以及泥浆和砂类等强磨损介质，可广泛用于石油、化工和电力等行业。武汉锅炉股份有限公司工艺处薛松等2002年介绍镍基合金材料(0Cr15Ni70Ti3AlNb)制碟形弹簧可用于核反应堆设备。上海核工碟形弹簧制造有限公司在铬镍铁合金中主要添加了Al、Ti、Nb元素，使碟形弹簧的强度、弹性和塑性进一步提高。

　国外碟形弹簧的材料比较典型的有：

　标准范围材料Ck7550 Cr V4X12CrNI 177X7CrNIAl 177X35CrMo17X22CrMoV 121 DIN标准号1.12481.81591.43101.45681.41221.4923 化学组成(%)C0.7-0.80.47-0.55?0.12?0.090.350.2 Si0.15-0.350.15-0.40?1.5?1?10.3 Mn0.6-0.80.7-1.1?2?1?10.6 P max0.0350.035–-–-0.030.035 S max0.0350.035–-–-0.030.035 Al---0.75-1.5--Cr-0.9-1.216-1816-1816.512 Ni-–-6-96.5-7.75-0.6 V-0.1-0.2---0.6 Mo----1.151 弹性模量(N/mm2)206000206000190000195000206000206000

　特殊应用场合材料Inconel X750Inconel 718Nimonic 90A286 AlloyFV520BCuBe2 DIN标准号–-2.46682.49691.4980–-2.1247 化学组成(%)C?0.08?0.080.09?0.080.048- Si?0.50.35?110.37- Mn?10.35?121.05- P max–-0.015–-–-0.020- S max0.010.0150.015–-0.014- Al0.4-10.2-0.81-20.35–-- Cr14-1717-2118-2113.5-1616-18- Ni?≤7050-55Rest24-275.47+Co=0.2-0.6 V---0.1-0.5-- Mo–-2.8-3.3–-1-1.751.72- W–-–-–-–-–-- Ti2.25-2.750.65-1.152-31.9-2.30.10- Be-----1.95 Cu0.50.30.2–-2.08Rest Co–-115-21–-–-–- Fe5-9–-2–-–-–- Nb0.95–-–-–-–-–- 弹性模量(N/mm2)214000208000220000199000210000135000

　表中Inconel X750是高镍合金，用它制成的碟形弹簧适用于高温和腐蚀性环境。

　日本古河电气工业株式会社申请的日本专利JP7153514(1993年11月29日申请；1995年6月16日公开)所述碟形弹簧提高了使用温度，既可用于寒冷地方，又可用于热带地方。由50.7-51.2at.% Ni-Ti合金或Ni-Ti基合金(0.01-5.0at.%至少为V, Cr, Fe, Co，Nb中一种，0.01-10.0at.% Cu)制成，具有超级弹性。能有效防止螺栓预紧力的松弛。

　二)铬镍铁合金碟形弹簧的使用温度

　大连高压阀门厂刘敏亮等2002年介绍铬镍铁合金在780℃时具有很高的强度、韧性和耐氧化性,疲劳强度高。采用铬镍铁合金碟形弹簧的高温高压硬密封球阀温度可达600℃。自贡高压阀门股份有限公司朱永平2000年介绍广泛地用于石油、化工和冶金等工业的球阀，当采用的弹簧材料为0Cr17Ni8Al时，推荐使用温度为-250～300℃。上海核工碟形弹簧制造有限公司研制的碟形弹簧使用温度为-196℃～650℃，还可用于最高达816℃的高温环境和可达-253℃的超低温环境，并能有效防止螺栓预紧力的松弛。

　美国Fandisc、英国Springmasters公司制备的高镍合金Inconel X750碟形弹簧，使用温度-200/+500℃。

　三)铬镍铁合金碟形弹簧的生产厂商

　国外Fandisc、Springmasters等公司。是美国第一家生产DIN标准碟形弹簧的厂商，直径从6mm到260mm，还可以生产直径达到1000mm的弹簧。可以采用特殊材料，如高镍马氏体钢制备碟形弹簧，以用于高温、耐腐蚀环境，如核设备中。其采用高镍马氏体钢Inconel X750材料制的碟形弹簧热处理后的力学性能为：

　材料拉伸强度PSIE-模量 (70°F) PSIPoisson’s 比率μ使用温度°F INCONEL X-750/31·1060.29可达1200 (约649℃)

　应用于特殊场合时碟形弹簧的材料也为Inconel X750、Inconel 718、Nimonic 90、A286 Alloy、FV520B、CuBe2(同前所述)。弹簧经过特殊的表面处理。