CN105369152A - 一种高耐磨合金弹簧及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高耐磨合金弹簧，包括弹簧本体，弹簧本体由若干螺圈层组成，弹簧本体由高耐磨合金弹簧钢制作而成，其中：高耐磨合金弹簧钢包括以下成分：C，Si，Mn，P，S，Mo，N，Cu，Al，Ti，Cr，Ni，V，Nb，稀土元素，剩余为Fe及不可避免；稀土元素包括以下成分：镧，铈，镥，钕，钬，铕，其余镧系元素；本发明还设计一种高耐磨合金弹簧的加工工艺，该加工工艺简单易行，制作成本低廉，制备出的弹簧具有良好的耐磨性能，使用寿命长，降低了成本。

Description

一种高耐磨合金弹簧及其加工工艺

技术领域

本发明涉及一种弹簧及其加工工艺，具体涉及一种高耐磨合金弹簧及其加工工艺。

背景技术

弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件，用弹性材料制成的零件在外力作用下发生形变，除去外力后又恢复原状，弹簧一般采用弹簧钢支撑，弹簧的种类复杂多样，按形状分，主要有螺旋弹簧、涡卷弹簧、板弹簧、异型弹簧等；弹簧一般是在交变应力下工作，常见的破坏形式是疲劳破坏，因此需要制备弹簧的材料必须具有高的屈服点和屈服比、弹性极限、抗疲劳性能，以保证弹簧有足够的弹性变形能力并能承受较大的载荷，同时好要求具有一定的塑性与韧性，一定的淬透性，不易脱碳及不易过热，但是现有的弹簧，在使用时耐磨性差，使用寿命短，制备成本高，研发一种能克服以上缺陷的弹簧成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种高耐磨合金弹簧及其加工工艺，该加工工艺简单易行，制作成本低廉，制备出的弹簧具有良好的耐磨性能，使用寿命长，降低了成本。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种高耐磨合金弹簧，包括弹簧本体，弹簧本体由若干螺圈层组成，弹簧本体由高耐磨合金弹簧钢制作而成，其中：

高耐磨合金弹簧钢按质量百分比比包括以下成分：

C：0.005-0.007%，Si：1.5-2.0%，Mn：0.1-0.3%，P：0.0002-0.003%，S：0.0002-0.007%，Mo：0.5-0.8%，N：0.005-0.010%，Cu：0.01-0.03%，Al：0.01-0.05%，Ti：0.5-0.8%，Cr：0.1-0.5%，Ni：0.1-0.3%，V：0.1-0.4%，Nb：0.002-0.004%，稀土元素：0.1-0.3%，剩余为Fe及不可避免；

稀土元素按质量百分比计包括以下成分：镧：10-15%，铈：12-16%，镥：5-7%，钕：8-10%，钬：5-8%，铕：3-6%，其余镧系元素，以上镧系稀土各组分之和为100%。

本发明进一步限定的技术方案为：

前述高耐磨合金弹簧，制作弹性本体的高耐磨合金弹簧钢按质量百分比比包括以下成分：

C：0.005%，Si：1.5%，Mn：0.1%，P：0.0002%，S：0.0002%，Mo：0.5%，N：0.005%，Cu：0.01%，Al：0.01%，Ti：0.5%，Cr：0.1%，Ni：0.1%，V：0.1%，Nb：0.002%，稀土元素：0.1%，剩余为Fe及不可避免；

稀土元素按质量百分比计包括以下成分：镧：12%，铈：16%，镥：6%，钕：9%，钬：7%，铕：3%，其余镧系元素，以上镧系稀土各组分之和为100%。

前述高耐磨合金弹簧，制作弹性本体的高耐磨合金弹簧钢按质量百分比比包括以下成分：

C：0.007%，Si：2.0%，Mn：0.3%，P：0.003%，S：0.007%，Mo：0.8%，N：0.010%，Cu：0.03%，Al：0.05%，Ti：0.8%，Cr：0.5%，Ni：0.3%，V：0.4%，Nb：0.004%，稀土元素：0.3%，剩余为Fe及不可避免；

稀土元素按质量百分比计包括以下成分：镧：15%，铈：12，镥：7%，钕：8%，钬：8%，铕：6%，其余镧系元素，以上镧系稀土各组分之和为100%。

前述高耐磨合金弹簧，制作弹性本体的高耐磨合金弹簧钢按质量百分比比包括以下成分：

C：0.006%，Si：1.8%，Mn：0.2%，P：0.001%，S：0.004%，Mo：0.7%，N：0.008%，Cu：0.02%，Al：0.03%，Ti：0.6%，Cr：0.3%，Ni：0.2%，V：0.3%，Nb：0.003%，稀土元素：0.2%，剩余为Fe及不可避免；

稀土元素按质量百分比计包括以下成分：镧：10%，铈：14%，镥：5%，钕：10%，钬：5%，铕：4%，其余镧系元素，以上镧系稀土各组分之和为100%。

本发明还设计一种高耐磨合金弹簧的加工工艺，该加工工艺具体包括以下步骤：

（1）选材，选用上述高耐磨合金弹簧钢为材料并由卷簧机对其进行卷簧，加工出弹簧本体的粗胚形状螺圈层；

（2）卷簧后对弹簧本体进行热处理，具体操作如下：

a退火，将弹簧本体炉热至500-600℃时保温8-12min，然后炉冷却至300-400℃，随后打开炉门继续缓冷至100-200℃出炉空冷至室温；

b淬火，将步骤a中退火后的弹簧本体缓慢炉热至400-500℃并保温0.5-0.8h，再次炉热至550-560℃后用高压喷射水弹簧本体快速降温；

c回火，将经淬火后的弹簧本体在室温下再次入炉并炉热至460-480℃后保温20-30min后出炉采用冷却工作冷却至室温；

（3）对热处理后的弹簧本体两端面进行磨削，接着对弹簧本体进行喷丸强化处理；

（4）喷丸处理后上去磁机进行去磁处理，然后在150-200℃，压力为2-5MPa下进行热强压工序；

（5）对热强压工序处理过的弹簧本体表面上油，并包装入库。

本发明进一步限定的技术方案中：

前述高耐磨合金弹簧的加工工艺，其特征在于：步骤（2）热处理的c步骤回火时最后采用冷却工艺对弹簧本体进行冷却，冷却工艺具体如下：

采用水冷与空冷结合，先采用水冷以2.8-3.5℃/s的冷却速率将弹簧本体水冷至320-350℃，然后空冷至200-220℃，再采用水冷以3.0-3.7℃/s的冷却速率将半成品水冷至150-170℃，最后空冷至室温。

本发明的有益效果是：

本发明中添加的Mo的主要作用是提高钢的淬透性、热强性和防止回火脆性，V可以细化钢的晶粒，提高钢的强度和韧性及回火稳定性，产生二次硬化效应；P含量虽低但是能提高淬透性的作用极其显著；C的含量超过0.5%时，不仅塑性和韧性急剧下降，屈强比也大幅度降低，所以本发明中的C控制在0.5内，避免了上述问题的出现，热处理后得到低碳板条马氏体组织塑性、韧性特别的好，淬火后可自回火，加工性能好，价格便宜。

本发明中的Si为1.5-2.0%时弹减抗力值最高，且基本稳定，超过2.0%的Si则开始下降，Cr的加入不仅淬透性正价，而且回火后的硬度也提高，还能有效的防止球化退火时出现石墨化。

回火后冷却，通过水冷与空冷结合的方法，先以较快的冷却速度水冷，然后进行空冷，最后再通过较慢的水冷冷却至室温，不仅可提弹簧本体的抗水蚀能力，而且可以使组织更为均匀稳定，极少出现气孔及沙眼，保证了弹簧本体的抗腐蚀性能，起到了意想不到的技术效果。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种高耐磨合金弹簧，包括弹簧本体，弹簧本体由若干螺圈层组成，弹簧本体由高耐磨合金弹簧钢制作而成，其中：

高耐磨合金弹簧钢按质量百分比比包括以下成分：

C：0.005%，Si：1.5%，Mn：0.1%，P：0.0002%，S：0.0002%，Mo：0.5%，N：0.005%，Cu：0.01%，Al：0.01%，Ti：0.5%，Cr：0.1%，Ni：0.1%，V：0.1%，Nb：0.002%，稀土元素：0.1%，剩余为Fe及不可避免；

稀土元素按质量百分比计包括以下成分：镧：12%，铈：16%，镥：6%，钕：9%，钬：7%，铕：3%，其余镧系元素，以上镧系稀土各组分之和为100%。

上述高耐磨合金弹簧的加工工艺，该加工工艺具体包括以下步骤：

（1）选材，选用上述高耐磨合金弹簧钢为材料并由卷簧机对其进行卷簧，加工出弹簧本体的粗胚形状螺圈层；

（2）卷簧后对弹簧本体进行热处理，具体操作如下：

a退火，将弹簧本体炉热至500℃时保温12min，然后炉冷却至350℃，随后打开炉门继续缓冷至200℃出炉空冷至室温；

b淬火，将步骤a中退火后的弹簧本体缓慢炉热至500℃并保温0.7h，再次炉热至550℃后用高压喷射水弹簧本体快速降温；

c回火，将经淬火后的弹簧本体在室温下再次入炉并炉热至470℃后保温30min后出炉采用冷却工作冷却至室温；

冷却工艺具体如下：

采用水冷与空冷结合，先采用水冷以3.5℃/s的冷却速率将弹簧本体水冷至320℃，然后空冷至200℃，再采用水冷以3.4℃/s的冷却速率将半成品水冷至160℃，最后空冷至室温。

（3）对热处理后的弹簧本体两端面进行磨削，接着对弹簧本体进行喷丸强化处理；

（4）喷丸处理后上去磁机进行去磁处理，然后在150℃，压力为2MPa下进行热强压工序；

（5）对热强压工序处理过的弹簧本体表面上油，并包装入库。

实施例2

本实施例提供一种高耐磨合金弹簧，包括弹簧本体，弹簧本体由若干螺圈层组成，弹簧本体由高耐磨合金弹簧钢制作而成，其中：

高耐磨合金弹簧钢按质量百分比比包括以下成分：

C：0.007%，Si：2.0%，Mn：0.3%，P：0.003%，S：0.007%，Mo：0.8%，N：0.010%，Cu：0.03%，Al：0.05%，Ti：0.8%，Cr：0.5%，Ni：0.3%，V：0.4%，Nb：0.004%，稀土元素：0.3%，剩余为Fe及不可避免；

稀土元素按质量百分比计包括以下成分：镧：15%，铈：12，镥：7%，钕：8%，钬：8%，铕：6%，其余镧系元素，以上镧系稀土各组分之和为100%。

上述高耐磨合金弹簧的加工工艺，该加工工艺具体包括以下步骤：

（1）选材，选用上述高耐磨合金弹簧钢为材料并由卷簧机对其进行卷簧，加工出弹簧本体的粗胚形状螺圈层；

（2）卷簧后对弹簧本体进行热处理，具体操作如下：

a退火，将弹簧本体炉热至600℃时保温8min，然后炉冷却至300℃，随后打开炉门继续缓冷至100℃出炉空冷至室温；

b淬火，将步骤a中退火后的弹簧本体缓慢炉热至400℃并保温0.5h，再次炉热至560℃后用高压喷射水弹簧本体快速降温；

c回火，将经淬火后的弹簧本体在室温下再次入炉并炉热至460℃后保温20min后出炉采用冷却工作冷却至室温；

冷却工艺具体如下：

采用水冷与空冷结合，先采用水冷以2.8℃/s的冷却速率将弹簧本体水冷至350℃，然后空冷至220℃，再采用水冷以3.0℃/s的冷却速率将半成品水冷至150℃，最后空冷至室温。

（3）对热处理后的弹簧本体两端面进行磨削，接着对弹簧本体进行喷丸强化处理；

（4）喷丸处理后上去磁机进行去磁处理，然后在200℃，压力为5MPa下进行热强压工序；

（5）对热强压工序处理过的弹簧本体表面上油，并包装入库。

实施例3

本实施例提供一种高耐磨合金弹簧，包括弹簧本体，弹簧本体由若干螺圈层组成，弹簧本体由高耐磨合金弹簧钢制作而成，其中：

高耐磨合金弹簧钢按质量百分比比包括以下成分：

C：0.006%，Si：1.8%，Mn：0.2%，P：0.001%，S：0.004%，Mo：0.7%，N：0.008%，Cu：0.02%，Al：0.03%，Ti：0.6%，Cr：0.3%，Ni：0.2%，V：0.3%，Nb：0.003%，稀土元素：0.2%，剩余为Fe及不可避免；

稀土元素按质量百分比计包括以下成分：镧：10%，铈：14%，镥：5%，钕：10%，钬：5%，铕：4%，其余镧系元素，以上镧系稀土各组分之和为100%。

上述高耐磨合金弹簧的加工工艺，该加工工艺具体包括以下步骤：

（1）选材，选用上述高耐磨合金弹簧钢为材料并由卷簧机对其进行卷簧，加工出弹簧本体的粗胚形状螺圈层；

（2）卷簧后对弹簧本体进行热处理，具体操作如下：

a退火，将弹簧本体炉热至550℃时保温10min，然后炉冷却至400℃，随后打开炉门继续缓冷至150℃出炉空冷至室温；

b淬火，将步骤a中退火后的弹簧本体缓慢炉热至450℃并保温0.8h，再次炉热至555℃后用高压喷射水弹簧本体快速降温；

c回火，将经淬火后的弹簧本体在室温下再次入炉并炉热至480℃后保温25min后出炉采用冷却工作冷却至室温；

冷却工艺具体如下：

采用水冷与空冷结合，先采用水冷以3.1℃/s的冷却速率将弹簧本体水冷至335℃，然后空冷至210℃，再采用水冷以3.7℃/s的冷却速率将半成品水冷至170℃，最后空冷至室温。

（3）对热处理后的弹簧本体两端面进行磨削，接着对弹簧本体进行喷丸强化处理；

（4）喷丸处理后上去磁机进行去磁处理，然后在180℃，压力为3MPa下进行热强压工序；

（5）对热强压工序处理过的弹簧本体表面上油，并包装入库。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种高耐磨合金弹簧，包括弹簧本体，所述弹簧本体由若干螺圈层组成，其特征在于，所述的弹簧本体由高耐磨合金弹簧钢制作而成，其中：

所述的高耐磨合金弹簧钢按质量百分比比包括以下成分：

C：0.005-0.007%，Si：1.5-2.0%，Mn：0.1-0.3%，P：0.0002-0.003%，S：0.0002-0.007%，Mo：0.5-0.8%，N：0.005-0.010%，Cu：0.01-0.03%，Al：0.01-0.05%，Ti：0.5-0.8%，Cr：0.1-0.5%，Ni：0.1-0.3%，V：0.1-0.4%，Nb：0.002-0.004%，稀土元素：0.1-0.3%，剩余为Fe及不可避免；

所述的稀土元素按质量百分比计包括以下成分：镧：10-15%，铈：12-16%，镥：5-7%，钕：8-10%，钬：5-8%，铕：3-6%，其余镧系元素，以上镧系稀土各组分之和为100%。

2.根据权利要求1所述的高耐磨合金弹簧，其特征在于：所述制作弹性本体的高耐磨合金弹簧钢按质量百分比比包括以下成分：

C：0.005%，Si：1.5%，Mn：0.1%，P：0.0002%，S：0.0002%，Mo：0.5%，N：0.005%，Cu：0.01%，Al：0.01%，Ti：0.5%，Cr：0.1%，Ni：0.1%，V：0.1%，Nb：0.002%，稀土元素：0.1%，剩余为Fe及不可避免；

所述的稀土元素按质量百分比计包括以下成分：镧：12%，铈：16%，镥：6%，钕：9%，钬：7%，铕：3%，其余镧系元素，以上镧系稀土各组分之和为100%。

3.根据权利要求1所述的高耐磨合金弹簧，其特征在于：所述制作弹性本体的高耐磨合金弹簧钢按质量百分比比包括以下成分：

C：0.007%，Si：2.0%，Mn：0.3%，P：0.003%，S：0.007%，Mo：0.8%，N：0.010%，Cu：0.03%，Al：0.05%，Ti：0.8%，Cr：0.5%，Ni：0.3%，V：0.4%，Nb：0.004%，稀土元素：0.3%，剩余为Fe及不可避免；

所述的稀土元素按质量百分比计包括以下成分：镧：15%，铈：12，镥：7%，钕：8%，钬：8%，铕：6%，其余镧系元素，以上镧系稀土各组分之和为100%。

4.根据权利要求1所述的高耐磨合金弹簧，其特征在于：所述制作弹性本体的高耐磨合金弹簧钢按质量百分比比包括以下成分：

C：0.006%，Si：1.8%，Mn：0.2%，P：0.001%，S：0.004%，Mo：0.7%，N：0.008%，Cu：0.02%，Al：0.03%，Ti：0.6%，Cr：0.3%，Ni：0.2%，V：0.3%，Nb：0.003%，稀土元素：0.2%，剩余为Fe及不可避免；

所述的稀土元素按质量百分比计包括以下成分：镧：10%，铈：14%，镥：5%，钕：10%，钬：5%，铕：4%，其余镧系元素，以上镧系稀土各组分之和为100%。

5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的高耐磨合金弹簧的加工工艺，其特征在于，该加工工艺具体包括以下步骤：

（1）选材，选用上述高耐磨合金弹簧钢为材料并由卷簧机对其进行卷簧，加工出弹簧本体的粗胚形状螺圈层；

（2）卷簧后对弹簧本体进行热处理，具体操作如下：

a退火，将弹簧本体炉热至500-600℃时保温8-12min，然后炉冷却至300-400℃，随后打开炉门继续缓冷至100-200℃出炉空冷至室温；

b淬火，将步骤a中退火后的弹簧本体缓慢炉热至400-500℃并保温0.5-0.8h，再次炉热至550-560℃后用高压喷射水弹簧本体快速降温；

c回火，将经淬火后的弹簧本体在室温下再次入炉并炉热至460-480℃后保温20-30min后出炉采用冷却工作冷却至室温；

（3）对热处理后的弹簧本体两端面进行磨削，接着对弹簧本体进行喷丸强化处理；

（4）喷丸处理后上去磁机进行去磁处理，然后在150-200℃，压力为2-5MPa下进行热强压工序；

（5）对热强压工序处理过的弹簧本体表面上油，并包装入库。

6.根据权利要求5所述的高耐磨合金弹簧的加工工艺，其特征在于：步骤（2）热处理的c步骤回火时最后采用冷却工艺对弹簧本体进行冷却，所述冷却工艺具体如下：

采用水冷与空冷结合，先采用水冷以2.8-3.5℃/s的冷却速率将弹簧本体水冷至320-350℃，然后空冷至200-220℃，再采用水冷以3.0-3.7℃/s的冷却速率将半成品水冷至150-170℃，最后空冷至室温。