碟簧是夹具系统的重要零件之一，工作时需要承受交变应力，因此要求它有高的弹性极限及屈强比，来保证多次受力不产生塑性形变。在精度方面要求虽然不算高，但两端面的支承面因组合需要，必须平行并与轴向垂直，不能有翘曲。

　　原设计材料为65Mn钢，硬度要求为42~46HRC，端面翘曲度≤0.05mm，表面不能有碰伤或者是划痕。整个加工过程如下：备料(∅100mm圆棒料)—锻造(锻成∅210mmX12mm饼状)—退火—车削—淬火、回火—磨削—检验——油封。淬火工艺：浴驴加热至820~830℃，保温时间90s，油冷;回火：400℃X60min。处理结果因翘曲严重，∅152mm及∅200mm的内外径变成了椭圆，两端面局部翘起，端面不平度原因超出磨削余量，废品率高达70%以上。这种工艺不仅周期长、用料多、废品率高、成本增加，而且工厂在主产品大量生产条件下，因碟簧供不应求，所以主产品的生产也受到影响。

　　1.碟簧翘曲原因分析

　　65Mn钢属于亚共析钢，含碳量(wt%，下同)为0.62~0.70，含锰量0.90~1.20。锰虽然是使奥氏体等温转变曲线向右移的合金元素，但C曲线形状仍保持了碳素钢等温转变的形状。当碳含量为0.65，锰含量为1.32时，曲线的鼻尖部，奥氏体在2.5s后，即发生珠光体转变。长久以来，为了获得高硬度，都在油中冷却，以闯过过奥氏体最不稳定区，油的冷却速度虽比水的冷却速度小，但冷却时产生的热应力还是很大的。

　　弹簧扭曲的重要原因是几何形状特殊，在冷却过程中，体积的收缩、马氏体的转变，都不能同期进行，使应力状态变得复杂化。车削加工时，由∅210mmX12mm的饼状坯料车成如图1所示的形状，在淬火钱未进行去应力处理。热应力、组织应力、机加工应力以及冷却不均匀产生的应力叠加在一起，以常规工艺处理，翘曲是很难避免的。

　　2.防止碟簧淬火翘曲的思路

　　(1)弹簧的几何形状是截圆锥薄桶形，厚度只有2.5mm，淬火时可完全淬透。由经验可知，薄且尺寸大、又不对称的零件，热处理时要控制翘曲度不超过磨削加工余量，历来是一个棘手的问题。如果从加热方式、冷却液、冷却方式或校正方面去消除翘曲，很难奏效。若能找到一种可在淬火过程中扼制住热应力与组织应力的工艺方法，有可能防止翘曲的产生。

　　(2)首先钢材应具有比较稳定的过冷奥氏体区，以及比较好的淬硬性，回火屈氏体应具有高的屈强比。在常用的弹簧钢中，60Si2MnA钢基本可满足上述要求。图2为60Si2MnA钢的奥氏体等温转变曲线。从图2可以看出，在650℃附近，只有保持时间不超过4s，就不会发生珠光体转变。由于弹簧厚度只有2.5mm，进入马氏体转变区，即使热应力与组织应力同时作用，若弹簧是在超应力下被压紧，则直至马氏体转变完成，弹簧也不会翘曲。

　　(3)弹簧的淬火，如果在油中冷却，欲使其不产生翘曲，工艺、工装繁杂，而空冷则冷却速度太慢，显然不行。经验证明，T10A碳工钢，当小面积平板形零件厚度≤3mm时，环境温度在0℃以下，于780~790℃加热后，用两钢块压紧，可得到58~60HRC的高硬度。而60Si2MnA钢的过冷奥氏体的稳定性远优于T10A钢，在650℃最不稳定区，以断面较厚的模具压紧时，冷速虽小，但由于弹簧与模具的热传导作用，热能很快被模具吸收，瞬间可通过650℃的区域，其冷速介于油和空气之间。达到310℃(Ms)时，弹簧已被压成型，随之转变为细针状马氏体，从而可获得60~62HRC的高硬度及85%以上的屈强比。图3为模压淬火结构简图。

　　3.改进后的工艺及效果

　　将厚度为2.5mm的60Si2MnA钢冷轧薄板加工成200mmX152mmX2.5mm的圆环。用盐浴炉，(870±10)℃，单件吊装，加热100s，出炉后快速置于10t的手搬压力机上的模腔中，立即加压，使冷却与形成同步进行，90s后出模，置于平台上。冷却后硬度>60HRC。随即每10件叠捆一起，于(450±10)℃回火1h。检测随炉2.5mmX20mmX100mm试样，硬度为42~46HRC，对照标准试验资料αb>1470MPa, αs>1274MPa, αp>1372MPa。组织为回火屈氏体。

　　按上述工艺制造的碟簧，达到了省料、省工、无废品的目的，质量一直很稳定。

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