CN109277502A - 一种双金属复合弹簧及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于复合材料技术领域，本发明公开了一种双金属复合弹簧及其制备方法，通过准备原料、制备合金膏、冷轧预贴合等步骤，再经过酸洗后经过拉丝、淬回火热处理、绕制成型、退火热处理等工艺，得到双金属复合弹簧。采用本申请的方法制备的双金属复合弹簧，可以节约大量贵重金属，降低工程成本，而且具有强度高、耐蚀性好等优点，对于弹簧的使用寿命有显著的提高。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种双金属复合弹簧及其制备方法。
背景技术
弹簧作为机械行业非常重要的零件，其主要作用是作为两个主要部件的连接件，在两个主要部件在能量传动过程中产生及恢复变形时把机械能或动能转变为形变能，在工作过程中起到缓冲平衡、储存能量、自动控制、回位定位等作用。弹簧在使用过程中会发生腐蚀现象，尤其是在海洋等恶劣的环境下，极易发生腐蚀。在重要的结构中会采用不锈钢等耐蚀合金材料，虽然可以满足耐蚀性的要求，但是耐蚀合金价格较贵，强度不高，从而限制了耐蚀合金在弹簧中的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种双金属复合弹簧及其制备方法，通过上述方法制备出的双金属复合弹簧具有良好的机械性能、综合力学性能，该方法具有工艺制备简单，生产成本低且可连续化生产的优势。
一种双金属复合弹簧的制备方法，由如下步骤组成：
S1：取耐蚀合金管、碳钢棒材及合金粉备用，将碳钢棒材表面进行清洗除油；
所述碳钢棒材表面清洗除油的步骤为：
S101：使用质量分数为10％的氢氧化钠溶液对所述碳钢棒材的外表面进行前处理；
S102：在70℃水温下，对所述碳钢棒材的外表面油污进行清洗；浸泡时间为10～20min；
S103：使用质量分数为10％的HCl水溶液在常温下浸蚀20min；
S014：使用去离子水冲洗、烘干，获得去油碳钢棒材；
S2：将合金粉与水按比例混合成膏状，获得合金膏；
S3：将所述合金膏，通过喷涂装置均匀的覆盖于去油碳钢棒材的表面，形成预合金层，获得预合金化碳钢棒材；
S4：将预合金化碳钢棒材装入耐蚀合金管内，获得复合胚料；
S5：复合胚料进入干燥箱内进行干燥；
S6：干燥后的复合胚料使用预轧机组进行2-6道次的冷轧预贴合；
S7：预贴合后的复合胚料放入加热炉中，升温至1050-1200℃，保温；将加热后胚料进行热轧复合，获得双金属复合圆钢；
S8：酸洗：对双金属复合圆钢表面进行酸洗除锈；
S9：拉丝：对酸洗后的双金属复合圆钢冷拔拉丝，得到双金属复合钢丝；
S10：淬、回火热处理：对双金属复合钢丝进行淬、回火热处理；
S11：绕制成型：使用绕簧机将双金属复合钢丝绕卷成弹簧；
S12：热处理：对S11中弹簧进行退火，得到成品弹簧。
其中，耐蚀合金管的内径大于碳钢棒材外径。
其中，所述合金粉为镍基合金粉或铜基合金粉。
其中，所述镍基合金粉或铜基合金粉的粒径为400-800目。
其中，S2：将合金粉与水按比例混合成膏状，获得合金膏中，合金粉与水混合的体积比为3:1～5:1。
其中，预贴合后的复合胚料横截面积减小了5％～20％。
其中，预合金层的厚度＜0.2mm。
一种双金属复合弹簧，由上述制备方法制备而成。
其中，该弹簧为多层结构，由外至内依次为耐蚀合金层、预合金层及碳钢棒材层。
本发明具有如下有益效果：采用本申请的方法制备的双金属复合弹簧，可以节约大量贵重金属，降低工程成本，而且具有强度高、耐蚀性好等优点，对于弹簧的使用寿命有显著的提高。
附图说明
图1为本发明制备方法所制备的弹簧的结构示意图；
图2为图1中A-A向截面示意图。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明提供了一种双金属复合弹簧的制备方法，由该方法制备而出的弹簧为多层结构，由外至内依次为耐蚀合金层、预合金层及碳钢棒材层。
具体的制备方法由如下步骤组成：
S1：取耐蚀合金管、碳钢棒材及合金粉备用，耐蚀合金管的内径大于碳钢棒材外径。耐蚀合金管可为不锈钢、镍基合金或者钛合金等合金管。
将碳钢棒材表面进行清洗除油；所述碳钢棒材表面清洗除油的步骤为：
S101：使用质量分数为10％的氢氧化钠溶液对所述碳钢棒材的外表面进行前处理；
S102：在70℃水温下，对所述碳钢棒材的外表面油污进行清洗；浸泡时间为10～20min；
S103：使用质量分数为10％的HCl水溶液在常温下浸蚀20min；
S014：使用去离子水冲洗并烘干，获得去油碳钢棒材；
S2：将合金粉与水按比例混合成膏状，获得合金膏；合金粉与水混合的体积比为3:1～5:1。合金粉为镍基合金粉或铜基合金粉。镍基合金粉或铜基合金粉的粒径为400-800目。
S3：将所述合金膏，通过喷涂装置均匀的覆盖于去油碳钢棒材的表面，形成预合金层，预合金层的厚度＜0.2mm，获得预合金化碳钢棒材；喷涂选用常温喷涂。
S4：将预合金化碳钢棒材装入耐蚀合金管内，获得复合胚料；具体为：喷涂装置的位置固定，通过推动碳钢棒材移动，使得碳钢棒材在经过喷涂装置之后，将进入一个导位管，然后会准确穿入耐蚀合金管内，得到复合胚料。导位管为一段孔径逐渐缩小的管道，其中最小孔径的数值与耐蚀合金管的内径相同，使得耐蚀合金管可顺利通过导位管。
S5：复合胚料进入干燥箱内进行干燥；
S6：干燥后的复合胚料使用预轧机组进行2-6道次的冷轧预贴合；其中，采用与复合胚料横截面形状相对应的孔型轧辊，进行平立交替放置的二辊轧机冷轧2-6道次，使得预贴合后的复合胚料横截面积减小了5％～20％。将耐蚀合金管、碳钢棒材紧密贴合，消除两者之间的缝隙，有利于固定内部合金粉，同时减少空气对缝隙中金属的氧化。
S7：预贴合后的复合胚料放入加热炉中，升温至1050-1200℃，保温；将加热后胚料进行热轧复合，获得双金属复合圆钢；
S8：酸洗：对双金属复合圆钢表面进行酸洗除锈；
S9：拉丝：对酸洗后的双金属复合圆钢冷拔拉丝，得到双金属复合钢丝；
S10：淬、回火热处理：对双金属复合钢丝进行淬、回火热处理；
S11：绕制成型：使用绕簧机将双金属复合钢丝绕卷成弹簧；
S12：热处理：对S11中弹簧进行退火，得到成品弹簧。
如图1-2所示，一种双金属复合弹簧，由上述制备方法制备而成。其中，该弹簧为多层结构，由外至内依次为耐蚀合金层1、预合金层2及碳钢棒材层3.
实施例一：
耐蚀合金管选用304不锈钢，碳钢棒材选用65Mn钢，将65Mn钢棒材的外表面进行清洗、除油。将镍基合金粉与蒸馏水混合成合金膏，镍基合金粉与蒸馏水的体积混合比为4:1，预合金层的厚度为0.08mm。所述镍基合金粉粒径为400目。采用旋转喷涂装置将镍基合金粉与溶液混合物常温喷涂至65Mn钢棒材表面的同时，自动穿管机将碳钢棒材不断推入耐蚀合金管，组合形成复合胚料，然后在干燥箱中干燥。
将干燥后的复合胚料采用与复合胚料横截面形状相对应的孔型轧辊，进行平立交替放置的二辊轧机冷轧4道次。预贴合后的复合胚料的横截面积减小了10％。将冷轧后的复合胚料放入加热炉中，升温至1100℃，保温1h。然后将加热后胚料采用热轧复合，得到双金属复合圆钢。然后依次执行步骤S8-S12，从而获得成品弹簧。
实施例二：
耐蚀合金管选用哈氏合金管，碳钢棒材选用60Si2Mn钢，将60Si2Mn钢棒材的外表面进行清洗、除油。将镍基合金粉与蒸馏水混合成合金膏，镍基合金粉与蒸馏水的体积混合比为4:1，预合金层的厚度为0.08mm。所述镍基合金粉粒径为400目。采用旋转喷涂装置将镍基合金粉与溶液混合物常温喷涂至60Si2Mn钢棒材表面的同时，自动穿管机将碳钢棒材不断推入哈氏合金管，组合形成复合胚料，然后在干燥箱中干燥。
将干燥后的复合胚料采用与复合胚料横截面形状相对应的孔型轧辊，进行平立交替放置的二辊轧机冷轧4道次。预贴合后的复合胚料的横截面积减小了10％。将冷轧后的复合胚料放入加热炉中，升温至1100℃，保温1h。然后将加热后胚料采用热轧复合，得到双金属复合圆钢。然后依次执行步骤S8-S12，从而获得成品弹簧。
实施例三：
耐蚀合金管选用钛合金管，碳钢棒材选用60Si2Mn钢，将60Si2Mn钢棒材的外表面进行清洗、除油。将镍基合金粉与蒸馏水混合成合金膏，镍基合金粉与蒸馏水的体积混合比为4:1，预合金层的厚度为0.08mm。所述镍基合金粉粒径为400目。采用旋转喷涂装置将镍基合金粉与溶液混合物常温喷涂至60Si2Mn钢棒材表面的同时，自动穿管机将碳钢棒材不断推入哈氏合金管，组合形成复合胚料，然后在干燥箱中干燥。
将干燥后的复合胚料采用与复合胚料横截面形状相对应的孔型轧辊，进行平立交替放置的二辊轧机冷轧4道次。预贴合后的复合胚料的横截面积减小了10％。将冷轧后的复合胚料放入加热炉中，升温至1100℃，保温1h。然后将加热后胚料采用热轧复合，得到双金属复合圆钢。然后依次执行步骤S8-S12，从而获得成品弹簧。
Claims (9)
1.一种双金属复合弹簧的制备方法，其特征在于，由如下步骤组成：
S1：取耐蚀合金管、碳钢棒材及合金粉备用，将碳钢棒材表面进行清洗除油；
所述碳钢棒材表面清洗除油的步骤为：
S101：使用质量分数为10％的氢氧化钠溶液对所述碳钢棒材的外表面进行前处理；
S102：在70℃水温下，对所述碳钢棒材的外表面油污进行清洗；浸泡时间为10～20min；
S103：使用质量分数为10％的HCl水溶液在常温下浸蚀20min；
S014：使用去离子水冲洗、烘干，获得去油碳钢棒材；
S2：将合金粉与水按比例混合成膏状，获得合金膏；
S3：将所述合金膏，通过喷涂装置均匀的覆盖于去油碳钢棒材的表面，形成预合金层，获得预合金化碳钢棒材；
S4：将预合金化碳钢棒材装入耐蚀合金管内，获得复合胚料；
S5：复合胚料进入干燥箱内进行干燥；
S6：干燥后的复合胚料使用预轧机组进行2-6道次的冷轧预贴合；
S7：预贴合后的复合胚料放入加热炉中，升温至1050-1200℃，保温；将加热后胚料进行热轧复合，获得双金属复合圆钢；
S8：酸洗：对双金属复合圆钢表面进行酸洗除锈；
S9：拉丝：对酸洗后的双金属复合圆钢冷拔拉丝，得到双金属复合钢丝；
S10：淬、回火热处理：对双金属复合钢丝进行淬、回火热处理；
S11：绕制成型：使用绕簧机将双金属复合钢丝绕卷成弹簧；
S12：热处理：对S11中弹簧进行退火，得到成品弹簧。
2.根据权利要求1所述的一种双金属复合弹簧的制备方法，其特征在于，耐蚀合金管的内径大于碳钢棒材外径。
3.根据权利要求2所述的一种双金属复合弹簧的制备方法，其特征在于，所述合金粉为镍基合金粉或铜基合金粉。
4.根据权利要求3所述的一种双金属复合弹簧的制备方法，其特征在于，所述镍基合金粉或铜基合金粉的粒径为400-800目。
5.根据权利要求4所述的一种双金属复合弹簧的制备方法，其特征在于，S2：将合金粉与水按比例混合成膏状，获得合金膏中，合金粉与水混合的体积比为3:1～5:1。
6.根据权利要求5所述的一种双金属复合弹簧的制备方法，其特征在于，预贴合后的复合胚料横截面积减小了5％～20％。
7.根据权利要求6所述的一种双金属复合弹簧的制备方法，其特征在于，预合金层的厚度＜0.2mm。
8.一种双金属复合弹簧，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述的制备方法制备而成。
9.根据权利要求8所述的一种双金属复合弹簧，其特征在于，该弹簧为多层结构，由外至内依次为耐蚀合金层、预合金层及碳钢棒材层。
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