CN108723251A - 一种低刚度TiNi合金弹簧的制备工艺 - Google Patents

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    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon

Abstract

一种低刚度TiNi合金弹簧的制备工艺，涉及一种弹簧的制备工艺。所述工艺按钛合金成分进行配料然后通过真空感应熔炼得到TiNi合金铸锭；经由自由锻造、热轧得到合金轧棒；将棒材进行热拉拔而后进行冷拉拔；拉拔后的成品丝材热缠绕制成TiNi合金弹簧；本发明为TiNi记忆合金丝材的热缠绕、热弯钩工艺制备出的低刚度TiNi合金弹簧，工序简洁，克服了材料消耗大和生产成本高的问题，制备出的TiNi合金弹簧具有良好的抗腐蚀性能和抗疲劳性能，工作性能更加稳定可靠，可应用在海洋工程、汽车制造、航空航天等诸多领域。

Description

一种低刚度TiNi合金弹簧的制备工艺
技术领域
本发明涉及一种弹簧的制备工艺，特别是涉及一种低刚度TiNi合金弹簧的制备工艺。
背景技术
弹簧是一种利用弹性工作的机械零件，对于工业系统来说，弹簧是非常重要的元件，在机械制造、汽车、电子以及航空航天领域得到了广泛的应用，因此整个工业系统对弹簧有着极大的需求量。
现在工业普遍应用的钢弹簧抗腐蚀性能较差，特别是抗盐雾腐蚀能力差，在海洋环境下工作的钢弹簧极其容易被海水腐蚀，使用寿命短，工作性能不稳定。其次，钢弹簧密度大，体积效率较小，笨重、使机器重量增加。再次，钢弹簧的剪切模量较大，对于低刚度要求的弹簧来说，钢弹簧线径小，弹簧的工作应力大，疲劳寿命短，弹簧的稳定性差。最后，现有的记忆合金弹簧制备工序相对繁琐、生产成本相对较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低刚度TiNi合金弹簧的制备工艺，本发明为TiNi记忆合金丝材的热缠绕、热弯钩工艺制备出的低刚度TiNi合金弹簧，工序简洁，克服了材料消耗大和生产成本高的问题，制备出的TiNi合金弹簧具有良好的抗腐蚀性能和抗疲劳性能，工作性能更加稳定可靠，可应用在海洋工程、汽车制造、航空航天等诸多领域。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明按钛合金成分进行配料然后通过真空感应熔炼得到TiNi合金铸锭；经由自由锻造、热轧得到合金轧棒；将棒材进行热拉拔而后进行冷拉拔；拉拔后的成品丝材热缠绕制成TiNi合金弹簧。
具体工艺流程如下：
（1）采用近等原子比TiNi，按质量百分比计，合金成分为Ti：44~44.5，Ni：55.5~56，采用真空感应熔炼制备TiNi合金铸锭；
（2）将TiNi合金铸锭放入电阻炉中，在800ºC～900ºC，保温1～1.5小时，经过自由锻造后，锻造成TiNi合金锻棒；
（3）将TiNi合金锻棒放入电阻炉中，在800ºC～900ºC，保温1～1.5小时，热轧成TiNi合金棒；
（4）将TiNi合金棒在圆盘拉丝机上在600~800℃下进行热拉拔得到TiNi合金丝材；
（5）将热拉拔丝材在圆盘拉丝机上进行冷拉拔至所需要的尺寸；
（6）通过试验选取合适的芯轴，在500~750℃采用有芯缠绕法对冷拉拔后的TiNi合金丝材进行弹簧热缠绕；
（7）采用专用工装，加热进行拉簧钩子成形；
（8）将成形后的弹簧进行热处理；
所述的低刚度TiNi弹簧制备工艺，步骤（5）中，丝材冷拉拔的变形量为10%~35%；
所述的低刚度TiNi弹簧制备工艺，步骤（8）中，热处理的温度为450oC~600oC。
本发明的优点与效果是：
（1）本发明弹簧具有优异的弹性变形性能，线径为1mm的低刚度TiNi弹簧在室温下的弹性变形量可达到33%；
（2）本发明弹簧采用TiNi合金，相对于普通钢弹簧具有更加良好的抗腐蚀性能以及抗疲劳性能，特别是在海洋环境下，不容易腐蚀失效，工作性能更加稳定可靠；
（3）本发明弹簧采用TiNi合金，密度约为钢的60%，重量更轻，可以起到减重的作用；
（4）TiNi合金属于低模量材料，可以有效的降低拉簧的刚度，以满足低刚度弹簧的需求，同时，TiNi合金与耐蚀钢、高温合金、钛合金相比，具有较低的剪切模量，这样就可以增大使用丝材线径，减小弹簧工作应力，从而大大的提高了弹簧的疲劳寿命，同时弹簧的稳定性会显著提高。
附图说明
图1为.弹簧1、2的载荷-位移曲线；
图2为.弹簧2的载荷-位移曲线；
图3为弹簧3的载荷-位移曲线；
图4为.弹簧4的载荷-位移曲线；。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种低刚度TiNi弹簧的制备工艺，其步骤为：
（1）按质量百分比计算和称料，合金成分为Ti：44.2，Ni：55.8，采用金属陶瓷坩埚真空感应熔炼制备TiNi合金铸锭，以保证铸锭成分均匀性和杂质含量控制；
（2）将TiNi合金铸锭放入电阻炉中，在850ºC，保温1小时，经过自由锻造，锻造成Φ40mm的TiNi合金锻棒。
（3）将TiNi合金锻棒放入电阻炉中，在850ºC，保温1小时，热轧成Φ8mm的TiNi合金棒；
（4）将Φ8mm的TiNi合金棒放在圆盘拉丝机上，在700℃进行热拉拔，拉拔成直径为1.2mm的TiNi合金丝材；
（5）对直径为1.2mm的TiNi合金丝材进行冷拉拔，直到最终尺寸为1.0mm，截取两段丝材，分别编号A号、B号，测试丝材的拉伸性能：A号丝材屈服强度为532MPa，抗拉强度为1059MPa，形变量为54.3%；B丝材屈服强度为530MPa，抗拉强度为1054MPa，形变量为53.2%。
（6）选取合适的芯轴，在500℃，采用有芯缠绕法进行弹簧热缠绕，缠绕出两个弹簧，分别编号1号、2号。缠绕后检验密绕弹簧外径。检验合格后按照弹簧圈数对密绕弹簧进行分段。1号弹簧的丝材线径为1mm，弹簧中径为7.5mm，有效圈数为5圈，自由长度为14.5mm，工作长度为18mm。2号弹簧的丝材线径为1mm，弹簧中径为6.5mm，有效圈数为5圈，自由长度为14.5mm，工作长度为18mm。
（7）采用专用工装，在550℃进行拉簧钩子成形。
（8）将成形后的弹簧放入大气气氛箱式电阻马弗炉中进行热处理，在500℃，保温30分钟后取出，在空气中冷却至室温。
图1为弹簧1、2的载荷-位移曲线，弹簧1、2的刚度分别为1010N/m和1540N/m。
实施例2
一种低刚度TiNi弹簧的制备工艺，其步骤为：
（1）按质量百分比计算和称料，合金成分为Ti：45.2，Ni为54.8，采用金属陶瓷坩埚真空感应熔炼制备TiNi合金铸锭，以保证铸锭成分均匀性和杂质含量控制；
（2）将TiNi合金铸锭放入电阻炉中，在900ºC，保温1小时，经过自由锻造，锻造成Φ40mm的TiNi合金锻棒。
（3）将TiNi合金锻棒放入电阻炉中，在850ºC，保温1小时，热轧成Φ8mm的TiNi合金棒；
（4）将Φ8mm的TiNi合金棒放在圆盘拉丝机上，在700℃进行热拉拔，拉拔成直径为1.2mm的TiNi合金丝材；
（5）对直径为1.2mm的TiNi合金丝材进行冷拉拔，直到最终尺寸为0.8mm，截取两段丝材，分别编号C号、D号，测试丝材的拉伸性能：C号丝材屈服强度为501MPa，抗拉强度为1043MPa，形变量为42.2%；D丝材屈服强度为504MPa，抗拉强度为1044MPa，形变量为43.1%。
（6）选取合适的芯轴，在650℃，采用有芯缠绕法进行弹簧热缠绕，缠绕出两个弹簧，分别编号3号、4号。缠绕后检验密绕弹簧外径。检验合格后按照弹簧圈数对密绕弹簧进行分段。3号弹簧的丝材线径为0.8mm，弹簧中径为6mm，有效圈数为7圈，自由长度为13.2mm，工作长度为18mm。4号弹簧的丝材线径为0.8mm，弹簧中径为6mm，有效圈数为5圈，自由长度为11.6mm，工作长度为15mm。
（7）采用专用工装，在550℃下进行拉簧钩子成形。
（8）将成形后的弹簧放入大气气氛箱式电阻马弗炉中进行热处理，在500℃，保温30分钟后取出，在空气中冷却至室温。
图2为弹簧3、4的载荷-位移曲线，弹簧3、4的刚度分别为740N/m和741N/m。

Claims (3)

1.一种低刚度TiNi合金弹簧的制备工艺，其特征在于，所述工艺按钛合金成分进行配料然后通过真空感应熔炼得到TiNi合金铸锭；经由自由锻造、热轧得到合金轧棒；将棒材进行热拉拔而后进行冷拉拔；拉拔后的成品丝材热缠绕制成TiNi合金弹簧；
具体工艺流程如下：
（1）采用近等原子比TiNi，按质量百分比计，合金成分为Ti：44~44.5，Ni：55.5~56，采用真空感应熔炼制备TiNi合金铸锭；
（2）将TiNi合金铸锭放入电阻炉中，在800ºC～900ºC，保温1～1.5小时，经过自由锻造后，锻造成TiNi合金锻棒；
（3）将TiNi合金锻棒放入电阻炉中，在800ºC～900ºC，保温1～1.5小时，热轧成TiNi合金棒；
（4）将TiNi合金棒在圆盘拉丝机上在600~800℃下进行热拉拔得到TiNi合金丝材；
（5）将热拉拔丝材在圆盘拉丝机上进行冷拉拔至所需要的尺寸；
（6）通过试验选取合适的芯轴，在500~750℃采用有芯缠绕法对冷拉拔后的TiNi合金丝材进行弹簧热缠绕；
（7）采用专用工装，加热进行拉簧钩子成形；
（8）将成形后的弹簧进行热处理。
2.根据权利要求1所述的一种低刚度TiNi合金弹簧的制备工艺，其特征在于，所述低刚度TiNi弹簧制备工艺，步骤（5）中，丝材冷拉拔的变形量为10%~35%。
3.根据权利要求1所述的一种低刚度TiNi合金弹簧的制备工艺，其特征在于，所述低刚度TiNi弹簧制备工艺，步骤（8）中，热处理的温度为450oC~600oC。
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