CN113290175B

CN113290175B - 一种Fe-Cr-Ni基沉淀硬化型高温合金高强度波形弹簧的制备方法

Info

Publication number: CN113290175B
Application number: CN202110531451.8A
Authority: CN
Inventors: 余旭杰; 刘州; 陈晶亮
Original assignee: Zhejiang Lisheng Spring Co ltd
Current assignee: Zhejiang Lisheng Spring Co ltd
Priority date: 2021-05-17
Filing date: 2021-05-17
Publication date: 2022-06-17
Anticipated expiration: 2041-05-17
Also published as: CN113290175A

Abstract

本发明公开了一种Fe‑Cr‑Ni基沉淀硬化型高温合金高强度波形弹簧的制备方法，属于高温合金弹性元件技术领域，该方法采用熔炼，铸锭，加热，开坯，加热，轧制，卷绕，时效处理，表面处理等工艺加工高温合金高强度波形弹簧。采用该方法制备的波形弹簧，在温度范围400～700℃长期使用和800℃短期使用时，不会变形或断裂。并且还具空间小刚度大，耐高温、高寿命和弹性稳定的优点。用变振幅和平圈的设计。让波簧与工装的接触方式，从点接触到面接触的维度上变化，使波簧轴向受力均衡和更好的垂直度。

Description

一种Fe-Cr-Ni基沉淀硬化型高温合金高强度波形弹簧的制备方法

技术领域

本发明属于高温合金弹性元件技术领域，具体地说，涉及一种Fe-Cr-Ni基沉淀硬化型高温合金高强度波形弹簧的制备方法。

背景技术

波形弹簧简称波簧，是金属薄圆环上具有若干峰谷的弹性元件。通常应用于载荷和变形量均不大，要求弹簧刚度较小需施加轴向预压力的场合。波形弹簧特别适用于需要减重的应用和受较小安装空间制约的应用，其典型使用领域包括：航空航天、精密机械、液压密封和高端电机等。

市面上现有的波形弹簧具有韧性差、脆性大，在高温环境中性能衰减，不且制作成本高的缺点。

发明内容

针对现有的波形弹簧韧性差、脆性大的问题，本发明提供一种Fe-Cr-Ni基沉淀硬化型高温合金高强度波形弹簧的制备方法，高强度波形弹簧为用高温合金扁线，经螺旋绕制一次成型的一种多圈、且波峰相对的波状压缩弹簧，其端面部分为扁平的圆形垫片，垫片在弹簧两端形成荷载支承面，这些荷载支承面垂直于弹簧纵轴，压缩弹簧包括五个分区，其中第一区和第五区为支承面，第二区和第四区分别为振幅逐渐递增递减，第三个区振幅恒定，其中第二区、第三区和第四区为恒定波长，波高不同，采用该方法制备的波形弹簧，在温度范围400～700℃长期使用和800℃短期使用时，不会变形或断裂，且还具有耐高温、高强韧性、长期弹性稳定性等优点。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种Fe-Cr-Ni基沉淀硬化型高温合金高强度波形弹簧的制备方法有以下步骤：

1)按Fe-Cr-Ni基高温合金的配比配料。

2)取步骤1)所述的配料，通过真空感应冶炼锭模，在真空自耗炉中，1550～1570℃下电磁搅拌均匀，浇注，获得重熔电极棒。

3)重熔电极棒经真空电弧重熔得到钢锭，钢锭在温度范围为1120℃～960℃时，轧制成圆条，得到Fe-Cr-Ni基高温合金丝材坯料。

4)丝材坯料经多道拉拔工艺形成丝材，采用高精度多连轧机，轧制成抗拉强度为1400-1600MPa高精度扁线。

5)成型分绕圆，成波，切断，其中绕圆和成波一次成型，通过线轮、芯棒、外曲线规和内曲线规进行绕圆步骤，成波分三个区间，第二分波区为递增区由成波机构和波高调节机构完成，其中递增波形成是由成波机构固定，波高调节机构匀速移动，两者之间距离从大到小来产生递增波，第四分波区为递减区，其成型原理与第二分波区相反，第三分波区为恒定波，有成波机构完成，第一分波区与第五分波区为支承面，用于绕圆。

6)在自动波簧成型机上设定波簧的外径，波数，波高，圈数，送线尺寸的参数，检测系统设定外径公差，波簧高度公差等尺寸公差，开机生产。

7)将波簧尺寸公差分为外径公差和波簧高度公差，并采用非接触式精密测量微小相对位移的仪器进行检测。

8)成型的波形弹簧经过超声波清洗，在620-660℃中经过八个小时的时效处理和空气冷却。

9)压力试验机确认波簧刚度值，刚度值不在要求范围内，在6)步骤中调整波高尺寸参数，再进行时效处理，确认波簧刚度值，得到合格的波形弹簧。

步骤2)所述的真空冶炼需要在真空炉中熔化与精炼，在1510-1550℃温度下真空≤1.5Pa熔清，其中精炼分两次，第一次在精炼温度为1500-1520℃，真空度≤1.5Pa下15分钟，第二次在精炼温度为1480-1500℃，真空度≤0.1Pa下15分钟，同时精炼过程中施加电磁搅拌。

步骤2)所述的重熔电极棒为真空炉中感应熔炼的钢水在1480-1500℃下浇注成自耗电极棒。

步骤3)所述的钢锭通过在真空炉中真空电弧重熔浇注到锭模中得到，再对该钢锭进行均匀化热处理，温度为1130-1140℃，保温时间为3小时。

步骤3)所述的Fe-Cr-Ni基高温合金丝材坯料是在自耗重熔，使用低电压大电流直流，电压为21V，氩气压力2-3Pa下，温度1100-950℃内，轧制成圆条同时将圆条固溶热处理，得到直径100mm的胚料。

步骤4)所述的丝材胚料在冷加工拉拔过程中按15％-20％的减面率，经过五道拉丝模拉拔成2.4±0.005mm的Fe-Cr-Ni基高温合金钢丝，同时在拉拔过成中进行固溶热处理，用水快速冷却使得钢丝的抗拉强度达到1400-1600Mpa。

有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明中采用该方法制备的波形弹簧，在温度范围400～700℃长期使用和800℃短期使用时，不会变形或断裂，且还具有耐高温、高强韧性、长期弹性稳定性等优点

附图说明

图1为一种Fe-Cr-Ni基沉淀硬化型高温合金高强度波形弹簧的制备方法的结构示意图。

图中各附图标注与部件名称之间的对应关系如下：

图1为本发明的波形弹簧结构示意图。

图2为本发明的波形弹簧的波区结构示意图。

图3为本发明的波形弹簧的材料测试图(1)。

图4为本发明的波形弹簧的扁线尺寸公差测试图。

图5位本发明的波形弹簧的化学成分图。

图6为本发明的波形弹簧的材料测试图(2)。

1、第一分波区；2、第二分波区；3、第三分波区；4、第四分波区；5、第五分波区。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

1.按GH4169合金的配比配料：重量百分比是C 0.047％；Si 0.09％；Mn 0.03％；Cr19.3 6％；Ni 52.17％；Nb+Ta 5.12％；Co 0.03％；Ti0.97％；Al 0.55％P 0.0015％S0.001％Cu 0.01％Mo3.11％B 0.0033％，其余为Fe。

2.在真空感应冶炼:按步骤1所述的配料，真空炉中熔化与精炼,熔化在1510-1550℃温度下真空≤1.5Pa熔清。精炼分两次，先在1500-1520℃温度真空≤1.5Pa下15分钟，再在1480-1500℃温度真空≤0.1Pa下15分钟，精炼过程中施加电磁搅拌。

3.真空感应熔炼的钢水在1480-1500℃下浇注成自耗电极棒。

4.在真空电弧重熔浇注到锭模中得到钢锭，在真空电弧重熔自耗重熔过程中，使用低电压大电流直流，电压为21V，氩气压力2-3Pa下，温度1100-950℃内，轧制成的圆条。圆条经过固溶热处理，得到直径100mm的Fe-Cr-Ni基高温合金丝材坯料。

5.真空电弧重熔获得的钢锭进行均匀化热处理，均匀化热处理温度为1130-1140℃，保温时间为3小时。

6.二次开坯成20mm方坯，钢坯热加热到980-1150℃，热轧成5-6mm的圆条。

7.冷加工拉拔过程按减面率15％-20％，经过5道拉丝模拉拔成2.4±0.005mm的Fe-Cr-Ni基高温合金钢丝。在拉拔过成中要固溶热处理，用水快速冷却。钢丝的抗拉强度1400-1600Mp。，

8.圆丝等径辊轮平辊轧制法，3组辊压咬入角为15°-9°从大到小。圆丝用3组对辊压延机轧制成厚度为0.8mm*4.0mm。

9.设计波簧的参数为：线径0.8mm*4.0mm，外径50mm-0.8mm,高度25.5mm±1mm。总圈数为6圈,每层波数3.5波，刚度36N/mm±5N/mm，合格率100％。在CNC加工波簧机上绕制成形，设定送线长度1031.25mm，外径为60.4mm，恒定波高7mm，外径公差±0.4mm，高度公差±1mm。

10.波簧时效热处理，温度620-650℃保温10小时空冷。

11.对波簧参数检测是否合格。

实施例2：

1.按GH4145合金的配比配料：重量百分比是C 0.04％；Si 0.3％；Mn 0.3％；Cr19％；Ni 52％；Nb5％；Co 0.9％；Ti0.8％；Al 0.5％P 0.01％S 0.01％Cu 0.2％Mo3.％B0.005％Mg0.05％.Ca0.009％Pa0.0005.Se0.0002％，其余为Fe。

2.在真空感应冶炼:按步骤1所述的配料，真空炉中熔化与精炼，熔化在1510-1550℃温度下真空≤1.5Pa熔清，精炼分两次，先在1500-1520℃温度真空≤2Pa下15分钟，再在1480-1500℃温度真空≤0.1Pa下15分钟，精炼过程中施加电磁搅拌。

3.真空感应熔炼的钢水在1480-1500℃下浇注成自耗电极棒。

10.波簧时效热处理，温度620-650℃保温10小时空冷。

11.对波簧参数检测是否合格。

实施例3：

按GH4090合金的配比配料：重量百分比是C 0.1％；Si 0.6％；Mn 0.3％；Cr20％；Ni余；Nb1％；Co 17％；Ti2.5％；Al1.5％P0.015％S 0.01％Cu 0.18％Mo5.5％B 0.015％Fe1.4％Ag0.004％Pb0.001 Zr0.1％。

3.真空感应熔炼的钢水在1480-1500℃下浇注成自耗电极棒。

10.波簧时效热处理，温度620-650℃保温10小时空冷。

11.对波簧参数检测是否合格。

以上内容是结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims

1.一种Fe-Cr-Ni基沉淀硬化型高温合金高强度波形弹簧的制备方法，

其特征在于：

高强度波形弹簧为用高温合金扁线，经螺旋绕制一次成型的一种多圈、且波峰相对的波状压缩弹簧，其端面部分为扁平的圆形垫片，垫片在弹簧两端形成荷载支承面，这些荷载支承面垂直于弹簧纵轴，压缩弹簧包括五个分区，其中第一区和第五区为支承面，第二区和第四区分别为振幅逐渐递增递减，第三个区振幅恒定，其中第二区、第三区和第四区为恒定波长，波高不同，该波形弹簧的制备方法有以下步骤：

1)、按Fe-Cr-Ni基高温合金的配比配料；

2)、取步骤1)所述的配料，通过真空感应冶炼锭模，在真空自耗炉中，1550～1570℃下电磁搅拌均匀，浇注，获得重熔电极棒；

3)、重熔电极棒经真空电弧重熔得到钢锭，钢锭在温度范围为1120℃～960℃时，轧制成圆条，得到Fe-Cr-Ni基高温合金丝材坯料；

4)、丝材坯料经多道拉拔工艺形成丝材，采用高精度多连轧机，轧制成抗拉强度为1400-1600MPa高精度扁线；

5)、成型由一条连续扁线分绕圆，成波，切断，其中绕圆和成波一次成型，通过线轮、芯棒、外曲线规和内曲线规进行绕圆步骤，成波分三个区间，第二分波区为递增区由成波机构和波高调节机构完成，其中递增波形成是由成波机构固定，波高调节机构匀速移动，两者之间距离从大到小来产生递增波，第四分波区为递减区，其成型原理与第二分波区相反，第三分波区为恒定波，由成波机构完成，第一分波区与第五分波区为支承面，用于绕圆；

6)、在自动波簧成型机上设定波簧的外径，波数，波高，圈数，送线尺寸的参数，检测系统设定外径公差，波簧高度公差等尺寸公差，开机生产；

7)、将波簧尺寸公差分为外径公差和波簧高度公差，并采用非接触式精密测量微小相对位移的仪器进行检测；

8)、成型的波形弹簧经过超声波清洗，在620-660℃中经过八个小时的时效处理和空气冷却；

9)、压力试验机确认波簧刚度值，刚度值不在要求范围内，在6)步骤中调整波高尺寸参数，再进行时效处理，确认波簧刚度值，得到合格的波形弹簧。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述的真空冶炼需要在真空炉中熔化与精炼，在1510-1550℃温度下真空≤1.5Pa熔清，其中精炼分两次，第一次在精炼温度为1500-1520℃，真空度≤1.5Pa下15分钟，第二次在精炼温度为1480-1500℃，真空度≤0.1Pa下15分钟，同时精炼过程中施加电磁搅拌。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述的重熔电极棒为真空炉中感应熔炼的钢水在1480-1500℃下浇注成自耗电极棒。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3)所述的钢锭通过在真空炉中真空电弧重熔浇注到锭模中得到，再对该钢锭进行均匀化热处理，温度为1130-1140℃，保温时间为3小时。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3)所述的Fe-Cr-Ni基高温合金丝材坯料是在自耗重熔，使用低电压大电流直流，电压为21V，氩气压力2-3Pa下，温度1100-950℃内，轧制成圆条同时将圆条固溶热处理，得到直径100mm的胚料。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤4)所述的丝材坯料在冷加工拉拔过程中按15％-20％的减面率，经过五道拉丝模拉拔成2.4±0.005mm的Fe-Cr-Ni基高温合金钢丝，同时在拉拔过成中进行固溶热处理，用水快速冷却使得钢丝的抗拉强度达到1400-1600Mpa。