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碟形弹簧

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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	Ck75	50 Cr V4	X12CrNI 177	X7CrNIAl 177	X35CrMo17	X22CrMoV 121
	DIN标准号	1.1248	1.8159	1.4310	1.4568	1.4122	1.4923
化学组成（％）	C	0.7-0.8	0.47-0.55	0.12	0.09	0.35	0.2
	Si	0.15-0.35	0.15-0.40	1.5	1	1	0.3
	Mn	0.6-0.8	0.7-1.1	2	1	1	0.6
	P max	0.035	0.035	– －	–－	0.03	0.035
	S max	0.035	0.035	–－	–－	0.03	0.035
	Al	－	－	－	0.75-1.5	－	－
	Cr	－	0.9-1.2	16-18	16-18	16.5	12
	Ni	－	–－	6-9	6.5-7.75	－	0.6
	V	－	0.1-0.2	－	－	－	0.6
	Mo	－	－	－	－	1.15	1
弹性模量（N/mm²）		206000	206000	190000	195000	206000	206000

特殊应用场合
	材料	Inconel X750	Inconel 718	Nimonic 90	A286 Alloy	FV520B	CuBe2
	DIN标准号	–-	2.4668	2.4969	1.4980	–-	2.1247
化学组成（％）	C	0.08	0.08	0.09	0.08	0.048	-
	Si	0.5	0.35	1	1	0.37	-
	Mn	1	0.35	1	2	1.05	-
	P max	–-	0.015	–-	–-	0.020	-
	S max	0.01	0.015	0.015	–-	0.014	-
	Al	0.4-1	0.2-0.8	1-2	0.35	– -	-
	Cr	14-17	17-21	18-21	13.5-16	16-18	-
	Ni	≤ 70	50-55	Rest	24-27	5.47	+Co=0.2-0.6
	V	-	-	-	0.1-0.5	-	-
	Mo	–-	2.8-3.3	–-	1-1.75	1.72	-
	W	–-	–-	–-	–-	–-	-
	Ti	2.25-2.75	0.65-1.15	2-3	1.9-2.3	0.10	-
	Be	-	-	-	-	-	1.95
	Cu	0.5	0.3	0.2	–-	2.08	Rest
	Co	–-	1	15-21	– -	– -	–-
	Fe	5-9	–-	2	–-	–-	–-
	Nb	0.95	–-	–-	–-	–-	–-
弹性模量（N/mm²）		214000	208000	220000	199000	210000	135000

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

国内有扬州弹簧有限公司（原扬州弹簧总厂）、扬州圣林弹簧厂、云南云弹经贸有限公司、上海核工碟形弹簧制造有限公司等。

国外有Fandisc、Springmasters等公司。Fandisc公司成立于1966年，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 PSI	E-模量 (70° F) PSI	Poisson's 比率 µ	使用温度 °F
INCONEL X-750	/	31·10⁶	0.29	可达 1200 （约649℃）

Fandisc公司就其研制的碟形弹簧已经申请了美国专利US5829933（申请日：1997年12月2日；公开日：1998年 11月3日）。

Springmasters公司是欧洲重要的碟形弹簧生产厂家之一，位于英国沃里克郡，可以生产铍铜、磷青铜、高镍合金等多种弹簧，直径从6mm到250mm。产品出口中东、非洲、中欧、东欧、西欧和北美洲。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。

参考文献：
⒈标题：高温高压球阀的材料选择
出处：阀门 2002，（3） 12～13
⒉标题：高精度碟形弹簧的制造
出处：核动力工程 2002,（3） 69～71
⒊标题：碟形弹簧
出处：www.888th.com.cn
⒋标题：碟形弹簧
出处：www.cnshenglin.com
⒌标题：普通碟形弹簧
出处：www.kmthc.com
⒍标题：碟形弹簧
出处：GB/T 1972-1992
⒎标题：球阀弹簧材料的选用
出处：阀门 2000,（3） 31～33
⒏标题：Disc spring materials: chemical/physical properties
出处：www.fandisc.com
⒐标题：Washer with a relief
出处：US5829933
⒑标题：Disc springs
出处：www.springmasters.com
⒒标题：Super-elasticity coned disc spring- consists of nickel-titanium alloy, and is hot and cold fabricated, preventing loosening of bolts
出处：JP7153514(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (10/9/2005)


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