CN105506471A - 一种高强度弹簧及其加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度弹簧，该高强度弹簧中成分为：C，Al,Mg,Y,Zr，Sn，Zn,Si，Mn，S，P，Cr，Ni，Cu，V，Mo，Ti，B，Pd,Pt,W,Ta,Nd,Ce,Eu,Lu，Fe。本发明的高强度弹簧弹性大，耐腐蚀性能好，使用寿命长。通过本发明的高强度弹簧的加工工艺，特别是其中的热处理工艺，可控制弹簧横向与纵向凹陷造成的表面裂纹，并可使簧丝表面层产生与工作应力相反的残余应力，受载时可抵消部分工作应力，增加使用寿命。

Description

一种高强度弹簧及其加工工艺
技术领域
本发明涉及一种高强度弹簧及其加工工艺，属于减震装置技术领域。
背景技术
弹簧是一种广泛使用的弹性元件，用弹性材料制成的零件在外力作用下发生形变，除去外力后又恢复原状，其外形多为圆柱形，生产加工可分为冷卷成形和热卷成形，亦作“弹簧”。弹簧为了与其装配空间更好地吻合，也有设计为非圆柱形的，如汽车双质量飞轮用的弹簧为弧形弹簧。弹簧的种类复杂多样，按形状分，主要有螺旋弹簧、涡卷弹簧、板弹簧、异型弹簧等。
弹簧在现在的应用中非常的普遍，各行各业根据不同的用途采用不同强度刚度和使用寿命的弹簧。现有的弹簧强度低，使用寿命短，并且容易腐蚀生锈。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种强度高、使用寿命长的高强度弹簧。
本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种高强度弹簧,所述高强度弹簧中各成分的质量百分比为：C：0.23-0.34%，Al:1.53-1.76%,Mg:0.73-0.86%,Y:0.12-0.16%,Zr:0.21-0.26%，Sn:0.44-0.46%,Zn:0.55-0.66%,Si：0.24-0.31%，Mn：0.62-0.67%，Cr：0.15-0.17%，Ni：0.32-0.35%，Cu：0.47-0.55%，V：0.02-0.05%，Mo：0.06-0.09%，Ti：0.57-0.79%，B：0.14-0.18%，Pd：0.13-0.17%,Pt：0.06-0.13%,W：0.31-0.43%,Ta：0.22-0.25%,Nd：0.07-0.09%,Ce：0.05-0.06%,Eu：0.03-0.07%,Lu:0.18-0.21%，余量为Fe。
本发明采用上述技术方案的有益效果是：（1）本发明的高强度弹簧由于加入了Al，Mg,Y,Zr，Sn，Zn和Ni，提高了弹簧的耐腐蚀性能；（2）本发明的高强度弹簧由于加入了Ti，提高了弹簧的结构强度；（3）本发明的高强度弹簧由于加入了Pd、Pt、W、Ta和Nd等，使得弹簧的耐腐蚀和结构强度，弹性均得到了提高。
上述技术方案的改进是：所述高强度弹簧中各成分的质量百分比为：C：0.24%，Al:1.55%,Mg:0.76%,Y:0.12%,Zr:0.22%，Sn:0.45%,Zn:0.56%,Si：0.25%，Mn：0.63%，Cr：0.16%，Ni：0.33%，Cu：0.47%，V：0.03%，Mo：0.06%，Ti：0.58%，B：0.15%，Pd：0.14%,Pt：0.08%,W：0.33%,Ta：0.23%,Nd：0.08%,Ce：0.05%,Eu：0.04%,Lu:0.19%，余量为Fe。
上述技术方案的改进是：所述高强度弹簧中各成分的质量百分比为：C：0.32%，Al:1.74%,Mg:0.79%,Y:0.15%,Zr:0.26%，Sn:0.46%,Zn:0.65%,Si：0.27%，Mn：0.66%，Cr：0.17%，Ni：0.35%，Cu：0.49%，V：0.05%，Mo：0.09%，Ti：0.68%，B：0.18%，Pd：0.17%,Pt：0.09%,W：0.43%,Ta：0.25%,Nd：0.09%,Ce：0.06%,Eu：0.07%,Lu:0.21%，余量为Fe。
该高强度弹簧加工工艺,包括以下步骤：
㈠下料：气割原料确定长度，修磨切割面；
㈡锻尖：利用锻打的方式将弹簧丝的两端头从圆截面过渡到矩形截面；
㈢热卷：将锻尖后的弹簧丝加热到950-1200℃，安照预定的高度、外径和圈数进行热卷，保温时间为70-90分钟；
㈣热处理：采用淬火-加热-回火的热处理工艺，具体热处理工艺为：
淬火：将热卷后的弹簧放入真空淬火炉进行淬火，淬火介质为真空淬火油，控制淬火温度为1250-1270℃，淬火时冷到450-470℃时,取出空冷至室温；
加热：将淬火后的弹簧放入加热炉进行加热，加热温度为800-950℃，加热12-15分钟后停止加热，再采用水冷以6-8℃/s的冷却速率将弹簧水冷至室温；
回火：将加热后的弹簧放入真空回火炉进行回火，控制回火温度为750-770℃，回火时间35-40分钟，然后空冷至室温；
㈤强压处理：把弹簧压至要求高度，停放15—30h，然后放开；
㈥探伤处理；
㈦抛丸处理：将弹簧进行至少3次抛丸处理；
㈧清洗:将弹簧置于浓度为21-23%的氯化钠溶液中，利用超声波发生装置对所述氯化钠溶液施加超声波，超声波的频率和声强分别是8KHZ-9MHZ和3-9W/cm2；
㈨退磁；
㈩电镀：通过电镀镀锌，镀层厚度为6-8微米。
上述技术方案的改进是：所述步骤㈢中，将锻尖后的弹簧丝加热到1050℃，保温时间为85分钟。
上述技术方案的改进是：所述步骤㈣中：
淬火：控制淬火温度为1250℃，淬火时冷到470℃时,取出空冷至室温；
加热：加热温度为850℃，加热12分钟后停止加热，再采用水冷以8℃/s的冷却速率将弹簧水冷至室温；
回火：控制回火温度为770℃，回火时间35分钟，然后空冷至室温。
上述技术方案的改进是：所述步骤㈧中，将弹簧置于浓度为22%的氯化钠溶液中，超声波的频率和声强分别是6MHZ和8W/cm2。
本发明采用上述技术方案的有益效果是：（1）本发明的高强度弹簧弹性大，耐腐蚀性能好，使用寿命长；（2）通过本发明的高强度弹簧的加工工艺，特别是其中的热处理工艺，可控制弹簧横向与纵向凹陷造成的表面裂纹，并可使簧丝表面层产生与工作应力相反的残余应力，受载时可抵消部分工作应力，增加使用寿命；（3）通过本发明的高强度弹簧的加工工艺，通过对弹簧进行超声波清洗，使得弹簧的清洗更加彻底，保证了电镀时，弹簧的表面没有杂质和灰尘，提高了电镀质量，从而提高了弹簧的耐腐蚀性能。
具体实施方式
实施例一
本实施例的高强度弹簧中各成分的质量百分比为：C：0.24%，Al:1.55%,Mg:0.76%,Y:0.12%,Zr:0.22%，Sn:0.45%,Zn:0.56%,Si：0.25%，Mn：0.63%，Cr：0.16%，Ni：0.33%，Cu：0.47%，V：0.03%，Mo：0.06%，Ti：0.58%，B：0.15%，Pd：0.14%,Pt：0.08%,W：0.33%,Ta：0.23%,Nd：0.08%,Ce：0.05%,Eu：0.04%,Lu:0.19%，余量为Fe。
该高强度弹簧加工工艺,包括以下步骤：
㈠下料：气割原料确定长度，修磨切割面；
㈡锻尖：利用锻打的方式将弹簧丝的两端头从圆截面过渡到矩形截面；
㈢热卷：将锻尖后的弹簧丝加热到1050℃，安照预定的高度、外径和圈数进行热卷，保温时间为85分钟；
㈣热处理：采用淬火-加热-回火的热处理工艺，具体热处理工艺为：
淬火：将热卷后的弹簧放入真空淬火炉进行淬火，淬火介质为真空淬火油，控制淬火温度为1250℃，淬火时冷到470℃时,取出空冷至室温；
加热：将淬火后的弹簧放入加热炉进行加热，加热温度为850℃，加热12分钟后停止加热，再采用水冷以8℃/s的冷却速率将弹簧水冷至室温；
回火：将加热后的弹簧放入真空回火炉进行回火，控制回火温度为770℃，回火时间35分钟，然后空冷至室温；
㈤强压处理：把弹簧压至要求高度，停放15—30h，然后放开；
㈥探伤处理；
㈦抛丸处理：将弹簧进行3次抛丸处理；
㈧清洗:将弹簧置于浓度为22%的氯化钠溶液中，利用超声波发生装置对所述氯化钠溶液施加超声波，超声波的频率和声强分别是6MHZ和8W/cm2；
㈨退磁；
㈩电镀：通过电镀镀锌，镀层厚度为8微米。
实施例二
本实施例的高强度弹簧中各成分的质量百分比为：C：0.32%，Al:1.74%,Mg:0.79%,Y:0.15%,Zr:0.26%，Sn:0.46%,Zn:0.65%,Si：0.27%，Mn：0.66%，Cr：0.17%，Ni：0.35%，Cu：0.49%，V：0.05%，Mo：0.09%，Ti：0.68%，B：0.18%，Pd：0.17%,Pt：0.09%,W：0.43%,Ta：0.25%,Nd：0.09%,Ce：0.06%,Eu：0.07%,Lu:0.21%，余量为Fe。
本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种高强度弹簧,其特征在于：所述高强度弹簧中各成分的质量百分比为：C：0.23-0.34%，Al:1.53-1.76%,Mg:0.73-0.86%,Y:0.12-0.16%,Zr:0.21-0.26%，Sn:0.44-0.46%,Zn:0.55-0.66%,Si：0.24-0.31%，Mn：0.62-0.67%，Cr：0.15-0.17%，Ni：0.32-0.35%，Cu：0.47-0.55%，V：0.02-0.05%，Mo：0.06-0.09%，Ti：0.57-0.79%，B：0.14-0.18%，Pd：0.13-0.17%,Pt：0.06-0.13%,W：0.31-0.43%,Ta：0.22-0.25%,Nd：0.07-0.09%,Ce：0.05-0.06%,Eu：0.03-0.07%,Lu:0.18-0.21%，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的高强度弹簧,其特征在于：所述高强度弹簧中各成分的质量百分比为：C：0.24%，Al:1.55%,Mg:0.76%,Y:0.12%,Zr:0.22%，Sn:0.45%,Zn:0.56%,Si：0.25%，Mn：0.63%，Cr：0.16%，Ni：0.33%，Cu：0.47%，V：0.03%，Mo：0.06%，Ti：0.58%，B：0.15%，Pd：0.14%,Pt：0.08%,W：0.33%,Ta：0.23%,Nd：0.08%,Ce：0.05%,Eu：0.04%,Lu:0.19%，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的高强度弹簧,其特征在于：所述高强度弹簧中各成分的质量百分比为：C：0.32%，Al:1.74%,Mg:0.79%,Y:0.15%,Zr:0.26%，Sn:0.46%,Zn:0.65%,Si：0.27%，Mn：0.66%，Cr：0.17%，Ni：0.35%，Cu：0.49%，V：0.05%，Mo：0.09%，Ti：0.68%，B：0.18%，Pd：0.17%,Pt：0.09%,W：0.43%,Ta：0.25%,Nd：0.09%,Ce：0.06%,Eu：0.07%,Lu:0.21%，余量为Fe。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的高强度弹簧的加工工艺,其特征在于：包括以下步骤：
㈠下料：气割原料确定长度，修磨切割面；
㈡锻尖：利用锻打的方式将弹簧丝的两端头从圆截面过渡到矩形截面；
㈢热卷：将锻尖后的弹簧丝加热到950-1200℃，安照预定的高度、外径和圈数进行热卷，保温时间为70-90分钟；
㈣热处理：采用淬火-加热-回火的热处理工艺，具体热处理工艺为：
淬火：将热卷后的弹簧放入真空淬火炉进行淬火，控制淬火温度为1250-1270℃，淬火时冷到450-470℃时,取出空冷至室温；
加热：将淬火后的弹簧放入加热炉进行加热，加热温度为800-950℃，加热12-15分钟后停止加热，再采用水冷以6-8℃/s的冷却速率将弹簧水冷至室温；
回火：将加热后的弹簧放入真空回火炉进行回火，控制回火温度为750-770℃，回火时间35-40分钟，然后空冷至室温；
㈤强压处理：把弹簧压至要求高度，停放15—30h，然后放开；
㈥探伤处理；
㈦抛丸处理：将弹簧进行至少3次抛丸处理；
㈧清洗:将弹簧置于浓度为21-23%的氯化钠溶液中，利用超声波发生装置对所述氯化钠溶液施加超声波，超声波的频率和声强分别是8KHZ-9MHZ和3-9W/cm2；
㈨退磁；
㈩电镀：在弹簧表面通过电镀镀锌，镀层厚度为6-8微米。
5.根据权利要求4所述的高强度弹簧的加工工艺,其特征在于：所述步骤㈢中，将锻尖后的弹簧丝加热到1050℃，保温时间为85分钟。
6.根据权利要求5所述的高强度弹簧的加工工艺,其特征在于：所述步骤㈣中：
淬火：控制淬火温度为1250℃，淬火时冷到470℃时,取出空冷至室温；
加热：加热温度为850℃，加热12分钟后停止加热，再采用水冷以8℃/s的冷却速率将弹簧水冷至室温；
回火：控制回火温度为770℃，回火时间35分钟，然后空冷至室温。
7.根据权利要求6所述的高强度弹簧的加工工艺,其特征在于：所述步骤㈧中，将弹簧置于浓度为22%的氯化钠溶液中，超声波的频率和声强分别是6MHZ和8W/cm2。
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