CN111187940B - 一种金合金、利用金合金制作弹簧的方法及制得的弹簧 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金合金，所述金合金包括以下组分：Au 58.5％～62.5％；Ag 18.2％～21.9％；Cu 6.1％～8.5％；Pt 3.8％～6.0％；Fe 2.2％～4.1％；La 1.5％～2.5％；Cr 1.3％～2.5％；Mn 0.7％～1.5％。所述金合金达到了14K金的标准，可适于制成贵重首饰中所用的弹簧。本发明还公开了利用上述金合金制作弹簧的方法以及由此制得的弹簧，该弹簧具有适宜的弹性，能够用于贵重首饰中。

Description

一种金合金、利用金合金制作弹簧的方法及制得的弹簧
技术领域
本发明涉及合金技术领域，更具体地，涉及一种金合金、利用其制作弹簧的方法及制得的弹簧。
背景技术
黄金首饰是指以黄金为主要原料制作的首饰，其具有非常美丽光亮的黄色光泽，且化学稳定性好，加热时不容易发生颜色的改变，兼具装饰和保值的功能，深受人们的青睐。随着我国经济的进一步发展，近代消费意识的提升，以及黄金首饰的样式不断翻新，人们对黄金首饰的需求越来越旺盛。
黄金首饰从其含金量上可分为纯金和K金两类。纯金首饰的含金量要求在99％以上，最高可达99.99％，故又有“九九金”、“十足金”、“赤金”之称。然而，纯金比较柔软易变形，也很容易磨损，难以加工出精细的花纹，为了克服这些缺点，通常在纯金中加入一些其它的金属元素以调整其外观和物理性质，如增加硬度、变换色调和降低熔点，由此制得了成色高低有别、含金量明显不同的金合金首饰，称之为K金。K金制是国际上流行的黄金计量标准，并赋予K金以准确的含金量标准，因而形成了一系列K金饰品。
K金按含金量多少又分24K金、22K金、18K金、14K金等。例如，国际标准把理论上100％纯度的黄金称为24K金，1K金的含金量约为1/24(即4.166％)，18K金的含金量为18/24(即75％)，其余的为其它的材料如银或铜等。根据国家的标准，24K金的含金量应该是100％的，但是金无足赤，24K金的实际含金量为99.99％以上，也叫做千足金。
目前，黄金首饰中的某些部件，即使是采用K金也难以实现相应的性能要求，例如项链等的卡扣中所用的弹簧，只能利用不锈钢等材料才能获得适宜的弹性，最多也只能对不锈钢弹簧表面进行镀金，而不能使得弹簧基体含金。在人们越来越注重黄金首饰的整体品相的情况下，这一短板不能不说是一种遗憾。
发明内容
[技术问题]
针对现有技术存在的不足，本发明的一个目的在于提供一种金合金，所述金合金不但含有58.5％以上的金元素，即达到了14K金的标准，可适于制成贵重首饰中所用的弹簧。
本发明的另一个目的在于提供一种利用上述金合金制作弹簧的方法。
本发明的再一个目的在于提供一种由上述方法制得的弹簧，该弹簧具有适宜的弹性，能够用于贵重首饰中。
[技术方案]
为实现上述目的，本发明的一个方面提供了一种金合金，其包括以下组分：
Figure GDA0003007222680000021
此外，本发明的金合金还包含其它不可避免的杂质。
通过本发明的一个实施方式的金合金，其包含多种强化元素，能够保证制得的金合金的硬度、强度、弹性、柔韧性以及稳定性和耐腐蚀性，并且所述金合金的屈服强度较高，抗疲劳性能和加工性能优异。
在所述金合金中，Ag能够与Au形成固溶体，提高所述金合金的硬度和强度，但Ag含量过低无法起到相应的效果，过高则会降低所述金合金的塑性以及耐蚀性。因此，在本发明中，Ag的含量进一步优选为19.4％～21.0％，更优选19.8％～20.1％。
在所述金合金中，Cu和Pt也是重要的固溶元素，能够提高所述金合金的强硬度，同时提高稳定性和耐蚀性。但Cu和Pt含量过低无法起到相应的增强效果，过高则会使得金合金脆性增加，柔韧性降低。因此，在本发明中，Cu的含量进一步优选为6.7％～7.9％，更优选6.9％～7.2％；以及Pt的含量进一步优选为4.2％～5.6％，更优选4.9％～5.1％。
在所述金合金中，Fe和Mn可以提高所述金合金的淬透性和抗疲劳性能，对上述金合金的弹性也有一定的影响，但Fe和Mn含量过低无法提供足够的抗疲劳性，过高则会降低所述金合金的耐腐蚀性。因此，在本发明中，Fe的含量进一步优选为2.5％～3.7％，进一步优选为2.8％～3.0％；以及Mn的含量进一步优选为0.9％～1.3％，进一步优选为1.0％～1.1％。
在所述金合金中，La能够显著提高所述金合金的屈服强度和柔韧性，并可改善所述金合金的晶体间的腐蚀，提高耐腐蚀性，但La含量过低无法充分提高所述金合金的屈服强度和柔韧性，过高则会降低所述金合金的硬度。因此，在本发明中，La的含量进一步优选为1.7％～2.2％，进一步优选为1.9％～2.0％。
在所述金合金中，Cr能够显著增加所述金合金的淬火透性，提高所述金合金的加工性能，但Cr含量过高则会提高所述金合金的回火脆性。因此，在本发明中，Cr的含量进一步优选为1.5％～2.1％，进一步优选为2.0％～2.1％。
本发明的另一个方面提供了一种利用上述金合金制作弹簧的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将根据上述配比的原料加热至1250～1350℃，保温25～30分钟，之后浇铸为横截面边长10mm×10mm～12mm×12mm的铸锭条；
(2)将所述铸锭条轧制为金属丝并进行退火处理；
(3)将所述金属丝绕制成弹簧形，并在600℃～630℃的温度下保温8～10分钟，之后在水中急冷以进行淬火；
(4)将步骤(5)经淬火处理的金属丝在400℃～420℃的温度下保温35～40分钟，自然冷却至室温以进行回火，由此制得所述弹簧。
进一步地，所述方法中，所述步骤(2)具体包括以下流程：
(a)将所述铸锭条轧制为直径7～8mm的金属圆条，之后在820℃～860℃的温度下保温3～5分钟，自然冷却至室温以进行退火；
(b)将步骤(a)经退火处理的金属圆条轧制为直径3～4mm的金属杆，之后在820℃～860℃的温度下保温4～6分钟，自然冷却至室温以进行退火；
(c)将步骤(b)经退火处理的金属杆轧制为直径1.5～2.5mm的金属线，之后在840℃～870℃的温度下保温3～5分钟，自然冷却至室温以进行退火；
(d)将步骤(c)经退火处理的金属线轧制为直径0.01～1.0mm的金属丝，之后在840℃～870℃的温度下保温3～4分钟，自然冷却至室温以进行退火。
进一步地，所述方法中，所述步骤(3)中金属丝的绕制过程可以按照所需弹簧的旋向、预制长度、外径和圈数以本领域的常规技术来进行。例如，所述弹簧的旋向可以为顺时针或逆时针，预制长度可以为1～100mm，外径可以为0.01～50mm，以及圈数可以为1～100圈，但本发明并不限于此。
此外，根据本发明的利用上述金合金制作弹簧的方法在步骤(4)之后还包括以下步骤：
(5)对所述弹簧进行端面磨削、倒圆修钝和全表面抛光处理。
本发明的再一个方面提供了一种由上述方法制得的弹簧，所述弹簧能够用于贵重首饰中。
根据本发明的弹簧可以为所需的任意类型，包括但不限于拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧等。
[有益效果]
综上所述，本发明具有以下有益效果：
根据本发明的金合金达到了14K金的标准，并且适于制成贵重首饰中所用的弹簧。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
<实施例>
实施例1
采用以下步骤来制备根据本发明所述的金合金弹簧：
(1)将6.0g的Au、2.0g的Ag、0.7g的Cu、0.5g的Pt、0.3g的Fe、0.2g的La、0.2g的Cr和0.1g的Mn加热至约1300℃，保温25分钟，之后浇铸为横截面边长10mm×10mm的铸锭条；
(2)将所述铸锭条轧制为金属丝并进行如下退火处理：(a)将所述铸锭条轧制为直径7mm的金属圆条，之后在850℃的温度下保温4分钟，自然冷却至室温以进行退火；(b)将步骤(a)经退火处理的金属圆条轧制为直径4mm的金属杆，之后在840℃的温度下保温5分钟，自然冷却至室温以进行退火；(c)将步骤(b)经退火处理的金属杆轧制为直径2mm的金属线，之后在860℃的温度下保温5分钟，自然冷却至室温以进行退火；(d)将步骤(c)经退火处理的金属线轧制为直径0.2mm的金属丝，之后在850℃的温度下保温4分钟，自然冷却至室温以进行退火；
(3)将所述金属丝绕制成顺时针旋转、预制长度5.0mm、外径1.0mm、以及圈数10圈的圆柱弹簧形，并在620℃的温度下保温10分钟，之后在水中急冷以进行淬火；
(4)将步骤(5)经淬火处理的金属丝在410℃的温度下保温35分钟，自然冷却至室温以进行回火，由此制得弹簧。
(5)对所述弹簧进行端面磨削、倒圆修钝和全表面抛光处理，由此制得根据本发明的圆柱形压缩弹簧。
实施例2
采用以下步骤来制备根据本发明所述的金合金弹簧：
(1)将6.19g的Au、1.82g的Ag、0.80g的Cu、0.38g的Pt、0.37g的Fe、0.15g的La、0.22g的Cr和0.07g的Mn加热至约1250℃，保温30分钟，之后浇铸为横截面边长10mm×10mm的铸锭条；
(2)将所述铸锭条轧制为金属丝并进行如下退火处理：(a)将所述铸锭条轧制为直径7.5mm的金属圆条，之后在840℃的温度下保温4分钟，自然冷却至室温以进行退火；(b)将步骤(a)经退火处理的金属圆条轧制为直径4.5mm的金属杆，之后在840℃的温度下保温5分钟，自然冷却至室温以进行退火；(c)将步骤(b)经退火处理的金属杆轧制为直径2mm的金属线，之后在850℃的温度下保温5分钟，自然冷却至室温以进行退火；(d)将步骤(c)经退火处理的金属线轧制为直径0.2mm的金属丝，之后在860℃的温度下保温4分钟，自然冷却至室温以进行退火；
(3)将所述金属丝绕制成顺时针旋转、预制长度5.0mm、外径1.0mm、以及圈数10圈的圆柱弹簧形，并在620℃的温度下保温10分钟，之后在水中急冷以进行淬火；
(4)将步骤(5)经淬火处理的金属丝在410℃的温度下保温35分钟，自然冷却至室温以进行回火，由此制得弹簧。
(5)对所述弹簧进行端面磨削、倒圆修钝和全表面抛光处理，由此制得根据本发明的圆柱形压缩弹簧。
实施例3
采用以下步骤来制备根据本发明所述的金合金弹簧：
(1)将6.08g的Au、2.07g的Ag、0.61g的Cu、0.55g的Pt、0.22g的Fe、0.22g的La、0.13g的Cr和0.12g的Mn加热至约1350℃，保温30分钟，之后浇铸为横截面边长10mm×10mm的铸锭条；
(2)将所述铸锭条轧制为金属丝并进行如下退火处理：(a)将所述铸锭条轧制为直径8mm的金属圆条，之后在860℃的温度下保温6分钟，自然冷却至室温以进行退火；(b)将步骤(a)经退火处理的金属圆条轧制为直径4mm的金属杆，之后在860℃的温度下保温5分钟，自然冷却至室温以进行退火；(c)将步骤(b)经退火处理的金属杆轧制为直径2.5mm的金属线，之后在870℃的温度下保温4分钟，自然冷却至室温以进行退火；(d)将步骤(c)经退火处理的金属线轧制为直径0.2mm的金属丝，之后在860℃的温度下保温3分钟，自然冷却至室温以进行退火；
(3)将所述金属丝绕制成顺时针旋转、预制长度5.0mm、外径1.0mm、以及圈数10圈的圆柱弹簧形，并在620℃的温度下保温10分钟，之后在水中急冷以进行淬火；
(4)将步骤(5)经淬火处理的金属丝在410℃的温度下保温35分钟，自然冷却至室温以进行回火，由此制得弹簧。
(5)对所述弹簧进行端面磨削、倒圆修钝和全表面抛光处理，由此制得根据本发明的圆柱形压缩弹簧。
实施例4
采用以下步骤来制备根据本发明所述的金合金弹簧：
(1)将5.90g的Au、1.94g的Ag、0.67g的Cu、0.60g的Pt、0.41g的Fe、0.17g的La、0.16g的Cr和0.15g的Mn加热至约1300℃，保温25分钟，之后浇铸为横截面边长10mm×10mm的铸锭条；
(2)将所述铸锭条轧制为金属丝并进行如下退火处理：(a)将所述铸锭条轧制为直径7mm的金属圆条，之后在820℃的温度下保温5分钟，自然冷却至室温以进行退火；(b)将步骤(a)经退火处理的金属圆条轧制为直径3.5mm的金属杆，之后在860℃的温度下保温3分钟，自然冷却至室温以进行退火；(c)将步骤(b)经退火处理的金属杆轧制为直径1.5mm的金属线，之后在840℃的温度下保温5分钟，自然冷却至室温以进行退火；(d)将步骤(c)经退火处理的金属线轧制为直径0.2mm的金属丝，之后在840℃的温度下保温4分钟，自然冷却至室温以进行退火；
(3)将所述金属丝绕制成顺时针旋转、预制长度5.0mm、外径1.0mm、以及圈数10圈的圆柱弹簧形，并在620℃的温度下保温10分钟，之后在水中急冷以进行淬火；
(4)将步骤(5)经淬火处理的金属丝在410℃的温度下保温35分钟，自然冷却至室温以进行回火，由此制得弹簧。
(5)对所述弹簧进行端面磨削、倒圆修钝和全表面抛光处理，由此制得根据本发明的圆柱形压缩弹簧。
实施例5
采用以下步骤来制备根据本发明所述的金合金弹簧：
(1)将5.85g的Au、2.19g的Ag、0.85g的Cu、0.38g的Pt、0.22g的Fe、0.23g的La、0.21g的Cr和0.07g的Mn加热至约1300℃，保温25分钟，之后浇铸为横截面边长10mm×10mm的铸锭条；
(2)将所述铸锭条轧制为金属丝并进行如下退火处理：(a)将所述铸锭条轧制为直径7.5mm的金属圆条，之后在830℃的温度下保温3分钟，自然冷却至室温以进行退火；(b)将步骤(a)经退火处理的金属圆条轧制为直径3mm的金属杆，之后在830℃的温度下保温4分钟，自然冷却至室温以进行退火；(c)将步骤(b)经退火处理的金属杆轧制为直径2mm的金属线，之后在840℃的温度下保温4分钟，自然冷却至室温以进行退火；(d)将步骤(c)经退火处理的金属线轧制为直径0.2mm的金属丝，之后在860℃的温度下保温3分钟，自然冷却至室温以进行退火；
(3)将所述金属丝绕制成顺时针旋转、预制长度5.0mm、外径1.0mm、以及圈数10圈的圆柱弹簧形，并在620℃的温度下保温10分钟，之后在水中急冷以进行淬火；
(4)将步骤(5)经淬火处理的金属丝在410℃的温度下保温35分钟，自然冷却至室温以进行回火，由此制得弹簧。
(5)对所述弹簧进行端面磨削、倒圆修钝和全表面抛光处理，由此制得根据本发明的圆柱形压缩弹簧。
对比实施例1
除了采用6.15g的Au、2.5g的Ag、0.5g的Cu、0.3g的Pt、0.17g的Fe、0.1g的La、0.08g的Cr和0.2g的Mn之外，以与实施例1相同的方式制得了圆柱形压缩弹簧。
对比实施例2
除了采用6.0g的Au、1.7g的Ag、0.9g的Cu、0.7g的Pt、0.5g的Fe、0.1g的La、0.07g的Cr和0.03g的Mn之外，以与实施例1相同的方式制得了圆柱形压缩弹簧。
对比实施例3
除了采用6.25g的Au、1.77g的Ag、0.5g的Cu、0.3g的Pt、0.17g的Fe、0.37g的La、0.37g的Cr和0.27g的Mn之外，以与实施例1相同的方式制得了圆柱形压缩弹簧。
对上述实施例1至5以及对比实施例1至3制得的弹簧进行力学检测，结果如以下表1所示。
[表1]
最大载荷F<sub>max</sub>/N 最小载荷F<sub>min</sub>/N 行程h/mm
实施例1 1.03 0.82 2.0
实施例2 0.98 0.79 2.0
实施例3 0.93 0.81 2.0
实施例4 0.97 0.76 2.0
实施例5 0.95 0.77 2.0
对比实施例1 0.68 0.37 2.0
对比实施例2 0.54 0.33 2.0
对比实施例3 0.61 0.34 2.0
由上述表1可见，根据本发明实施例1至5制得的弹簧在相同行程的情况下，其最大和最小载荷均优于对比实施例1至3制得的弹簧，这表明只有在本发明所限定的技术方案的范围内才能制得可靠的14K金弹簧。
此外，参照GB/T 16947-2009《螺旋弹簧疲劳试验规范》，对根据本发明实施例1至5以及对比实施例1至3制得的弹簧在载荷0.30N、工作频率10Hz、行程2.0mm的条件下进行疲劳测试，记录弹簧断裂时的循环次数，结果如以下表1所示。
[表2]
循环次数/万次
实施例1 201
实施例2 196
实施例3 199
实施例4 198
实施例5 202
对比实施例1 156
对比实施例2 178
对比实施例3 169
由上述表2可见，根据本发明实施例1至5制得的弹簧循环次数可达到200万次左右，而对比实施例1至3制得的弹簧的循环次数则远远不如实施例，这表明只有在本发明所限定的技术方案的范围内制得的14K金弹簧才能获得优异的耐疲劳性。
此外，对根据本发明实施例1至5以及对比实施例1至3制得的弹簧进行了耐腐蚀性测定。具体地，参照ISO 3160-2:2003《表壳和附件金合金壳第2部分：光洁度、厚度、抗腐蚀性和粘附性测定》的规定，对上述金合金弹簧分别进行了24h和48h人工汗腐蚀试验。结果表明，根据本发明实施例1至5制得的弹簧在48h后外观颜色均无明显变化，光亮如新，然而，对比实施例1制得的弹簧在48h后表面颜色暗淡，光泽度消失，对比实施例2和3制得的弹簧在48h后不但表面颜色暗淡，还出现了少量锈蚀物斑点，这表明根据本发明实施例1至5制得的弹簧具有极其优异的耐汗水腐蚀性。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种弹簧用金合金，其特征在于，所述弹簧用金合金包括以下组分：
Figure FDA0003010269910000011
2.根据权利要求1所述的弹簧用金合金，其特征在于，所述弹簧用金合金中Ag的含量为19.4％～21.0％。
3.根据权利要求1所述的弹簧用金合金，其特征在于，所述弹簧用金合金中Cu的含量为6.7％～7.9％，以及Pt的含量为4.2％～5.6％。
4.根据权利要求1所述的弹簧用金合金，其特征在于，所述弹簧用金合金中Fe的含量为2.5％～3.7％，以及Mn的含量为0.9％～1.3％。
5.根据权利要求1所述的弹簧用金合金，其特征在于，所述弹簧用金合金中La的含量为1.7％～2.2％。
6.根据权利要求1所述的弹簧用金合金，其特征在于，所述弹簧用金合金中Cr的含量为1.5％～2.1％。
7.一种利用权利要求1至6任一项所述的弹簧用金合金制作弹簧的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将根据权利要求1至6任一项所述的弹簧用金合金的配比的原料加热至1250～1350℃，保温25～30分钟，之后浇铸为横截面边长10mm×10mm～12mm×12mm的铸锭条；
(2)将所述铸锭条轧制为金属丝并进行退火处理；
(3)将所述金属丝绕制成弹簧形，并在600℃～630℃的温度下保温8～10分钟，之后在水中急冷以进行淬火；
(4)将步骤(5)经淬火处理的金属丝在400℃～420℃的温度下保温35～40分钟，自然冷却至室温以进行回火，由此制得所述弹簧。
8.根据权利要求7所述的制作弹簧的方法，其特征在于，所述方法中，所述步骤(2)包括以下流程：
(a)将所述铸锭条轧制为直径7～8mm的金属圆条，之后在820℃～860℃的温度下保温3～5分钟，自然冷却至室温以进行退火；
(b)将步骤(a)经退火处理的金属圆条轧制为直径3～4mm的金属杆，之后在820℃～860℃的温度下保温4～6分钟，自然冷却至室温以进行退火；
(c)将步骤(b)经退火处理的金属杆轧制为直径1.5～2.5mm的金属线，之后在840℃～870℃的温度下保温3～5分钟，自然冷却至室温以进行退火；
(d)将步骤(c)经退火处理的金属线轧制为直径0.01～1.0mm的金属丝，之后在840℃～870℃的温度下保温3～4分钟，自然冷却至室温以进行退火。
9.根据权利要求7或8所述的制作弹簧的方法，其特征在于，所述方法在步骤(4)之后还包括以下步骤：
(5)对所述弹簧进行端面磨削、倒圆修钝和全表面抛光处理。
10.一种由权利要求7至9任一项所述的制作弹簧的方法所制作的弹簧。
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