[發(fā)明專利]異型截面絲材鈦合金彈簧的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410352794.8
• 申請日: 2014-07-22
• 公開（公告）號: CN104174791A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王健;景綠路;金偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號: B21F35/00
• 分類號: B21F35/00;C22C14/00
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于彈簧技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種異型截面絲材鈦合金彈簧的制備方法。

背景技術(shù)

由于彈簧具有形變恢復(fù)特性，因而在很多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。利用彈簧元件變形后會產(chǎn)生恢復(fù)力的特性，可以用來減震、夾緊、儲能和測量，根據(jù)不同的用途，主要有壓縮彈簧、拉神彈簧和扭轉(zhuǎn)彈簧。所用材料主要為金屬材料，而金屬材料制備的彈簧中又以鋼彈簧應(yīng)用最廣，包括碳素鋼、合金鋼和不銹鋼，在航天航空、機(jī)械制造、汽車、船舶等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。

目前，隨著裝備制造技術(shù)的發(fā)展和不斷進(jìn)步，彈簧的應(yīng)用領(lǐng)域也日益擴(kuò)展，作為機(jī)械設(shè)備用彈簧元件的作用更加突出。與此同時，對彈簧材料的選擇和設(shè)計參數(shù)也提出了更高要求，從降低設(shè)備重量的角度出發(fā)，要求裝配的彈簧元件重量盡可能輕。當(dāng)彈簧在海洋和其它腐蝕環(huán)境下使用時，要求彈簧具有高抗腐蝕性以獲得穩(wěn)定的使用壽命，而現(xiàn)有的鋼彈簧難以滿足上述要求。

中國實(shí)用新型專利(專利號200820047637.6)公開一種鈦彈簧，由鈦合金線材繞成螺旋狀，鈦合金為β鈦合金、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr、LCB?FTB29等，與鋼制彈簧相比具有重量較輕、較好的抗疲勞性、抗腐蝕性和靈敏性。中國實(shí)用新型專利(專利號200920032686.7)公開一種鈦合金汽車彈簧，該彈簧為圓柱形，彈簧由直徑為0.5mm～0.7mm的彈簧絲制成。上述兩個專利中彈簧采用的是傳統(tǒng)的圓形截面絲材，由于鈦合金絲材彈性優(yōu)于鋼絲，導(dǎo)致繞制的彈簧，特別是旋繞比偏大的彈簧尺寸波動大，給彈簧尺寸的精確控制帶來很大難度。此外，對于大節(jié)距彈簧，圓形截面絲材在繞制成型過程中容易發(fā)生偏轉(zhuǎn)扭曲，導(dǎo)致絲材繞制過程中受力不均，繞制的彈簧不同部位反彈不均均，同樣不利于彈簧尺寸的精確控制。采用異型截面絲材繞制彈簧可以解決上述問題，異型截面絲材截面可以是長方形、正方形、正六邊形、橢圓形。通過沿選定的面繞制彈簧，避免了絲材繞制過程中發(fā)生扭轉(zhuǎn)而導(dǎo)致受力不均勻的現(xiàn)象，提高了彈簧成型后的尺寸精度。

鈦合金具有優(yōu)異的耐工業(yè)腐蝕及耐海洋大氣、海水腐蝕性能，其密度為4.5～4.8g/cm³。因此，與鋼制彈簧相比，鈦合金彈簧具有明顯的減重作用和抗腐蝕能力。但鈦合金的切變模量只是鋼的一半，在相同結(jié)構(gòu)尺寸的條件下，鈦合金彈簧的剛度系數(shù)較小。使用異型截面絲材繞制彈簧，在絲材尺寸相近情況下，異型截面絲材的截面積大于圓形截面絲材，彈簧繞制后可以獲得更大的剛度，這就有效彌補(bǔ)了鈦合金切變模量偏低的缺點(diǎn)，提高了彈簧允許承受的負(fù)荷，增加了彈簧的疲勞壽命。

發(fā)明內(nèi)容

針對鈦合金彈性模量偏低的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種異型截面絲材鈦合金彈簧的制備方法。與圓形截面絲材相比，采用異型截面絲材可以在絲材尺寸相近情況下提高絲材截面積，提高了彈簧剛度，進(jìn)而能夠承受更高的負(fù)荷。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種異型截面絲材鈦合金彈簧的制備方法，彈簧由異型截面鈦合金絲材繞制而成；按質(zhì)量百分比計，鈦合金絲的組分為Al：2～4、V：6～10、Cr：4～8、Mo：2～6、Zr：2～6、Fe：0.1～0.3、Si：0.03～0.15；Ti為余量。

所述的異型截面絲材鈦合金彈簧的制備方法，異型截面鈦合金絲材的截面形狀為長方形、正方形、正六邊形或橢圓形。

所述的異型截面絲材鈦合金彈簧的制備方法，異型截面鈦合金絲材通過鍛壓、熱軋工藝制備，具體工藝參數(shù)如下：

(1)在1130℃～1200℃，保溫3～4小時，采用鍛壓工藝，將鈦合金鑄錠鍛造成棒材；

(2)在870℃～920℃，保溫1～2小時，采用熱軋工藝，將鈦合金鍛棒軋制成異型截面鈦合金絲材。

所述的異型截面絲材鈦合金彈簧的制備方法，異型截面鈦合金絲材經(jīng)固溶處理后繞制彈簧，對繞制后的彈簧進(jìn)行時效強(qiáng)化處理，具體工藝參數(shù)如下：

(1)固溶處理溫度在820℃～840℃之間，保溫時間10min～18min；

(2)時效強(qiáng)化處理溫度在520～530℃之間，保溫時間8h～10h。

本發(fā)明的設(shè)計思想是：

與鋼材料相比，鈦合金具比強(qiáng)度高、密度小、重量輕、抗腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是抗拉強(qiáng)度比鋼偏低，在絲材尺寸相同的情況下繞制的彈簧強(qiáng)度偏低難以滿足使用要求。為解決這一問題，本發(fā)明使用經(jīng)過鍛壓、熱軋工藝制備的異型截面鈦合金絲材，絲材經(jīng)固溶處理后繞制彈簧，繞制后的彈簧經(jīng)過時效強(qiáng)化處理，使強(qiáng)度得到大幅提升，能夠滿足使用要求，替代鋼彈簧后還可以起到減重作用。同時，由于鈦合金抗腐蝕能力強(qiáng)、抗疲勞性好等優(yōu)點(diǎn)，制備的彈簧具有更高的使用壽命。