一种弹簧及其制备方法以及用于制备其的模具组件技术

本发明专利技术公开了一种弹簧及其制备方法以及用于制备其的模具组件。其中弹簧为一体成型的非晶合金件。相对于常规的晶态材料，本发明专利技术所提供的弹簧利用非晶合金具有短程有序、长程无序的结构特点，使其具有相对的高弹性极限、高强度、高硬度等优异的力学性能，进而在多次使用后不容易出现刚度松弛现象；同时，利用这种一体成型的非晶合金中没有位错滑移、孪生等典型的变形机制的特点，使得弹簧一旦超过使用极限，迅速断裂，以便于操作人员能够轻易地发现弹簧失效的情况，进而及时处理。

A spring and a preparation method and a mold assembly for the preparation of it

The invention discloses a spring and a preparation method and a mold component for preparing the same. The spring is an amorphous alloy piece formed in one. Compared with the conventional amorphous materials, the structure characteristics of the spring by adopting the amorphous alloy has a short-range order, long Cheng Wuxu, mechanical properties which has high elastic limit, relatively high strength, high hardness and excellent, and not prone to stiffness relaxation after repeated use; at the same time, the use of amorphous this is not one alloy forming dislocation slip deformation mechanism and characteristics of the typical twin, the spring once more than the limit, rapid fracture, in order to facilitate the operation staff can easily find spring failure, and timely treatment.

【技术实现步骤摘要】
一种弹簧及其制备方法以及用于制备其的模具组件
本专利技术涉及弹簧加工领域，具体地，涉及一种弹簧及其制备方法；本专利技术还进一步涉及一种用于制备弹簧的模具组件。
技术介绍
弹簧行业在整个制造业当中虽然是一个小行业，但其所起到的作用是绝对不可低估的。国家的工业制造业、汽车工业要加快发展，而作为基础件、零部件之一的弹簧行业就更加需要有一个发展的超前期，才能适应国家整个工业的快速发展。另外，弹簧产品规模品种的扩大、质量水平的提高也是机械设备更新换代的需要和配套主机性能提高的需要，因此，整个国家工业的发展，弹簧产品是起到重要作用的。弹簧的制造材料一般来说应具有高的弹性极限、疲劳(刚度)极限、冲击韧性及良好的热处理性能等，目前常用的材料为碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢以及铜合金或镍合金等晶体合金材料。这种晶体合金材料中通常存在位错滑移、孪生等典型的变形机制，这就导致该材料的弹性极限不大(小于1％)，在长期反复使用后，刚度容易衰减，而该种衰减不易察觉，容易给操作人员提供错误信息，导致操作人员的错误判断，进而可能会造成风险隐患。研究人员也曾经尝试寻找存在位错滑移、孪生等典型的变形机制的非晶合金材料制备弹簧，然而，这种非晶合金材料的弹性极限较大(大于1％)，通常无法通过绕制方式成型；研究人员也曾经提出过采用甩片技术(将数片非晶形金属板状体通过合成树脂类的粘接剂层压一体化)成型，然而这种方法所制备弹簧的直径小，形状不可控，难以一体成型。这就限制了由其所制备的弹簧的生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种弹簧及其制备方法以及用于制备其的模具组件，以提高弹簧的使用安全性。为了实现上述目的，根据本专利技术的第一个方面，提供了一种弹簧，该弹簧为一体成型的非晶合金件。根据本专利技术的第二个方面，提供了一种用于制备弹簧的模具组件，该模具组件包括：芯棒和芯棒套；所述芯棒的周面上形成有螺旋槽；所述芯棒套包裹在所述芯棒的外周，以密封所述螺旋槽形成弹簧铸腔，且所述芯棒套的表面上形成有与所述弹簧铸腔相连通的浇注口。根据本专利技术的第三个方面，提供了一种弹簧的制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1、提供能形成临界尺寸大于1mm的大块非晶合金的熔融金属液；S2、在浇注条件下，将所述金属液通过浇注口冲入到本专利技术所述的模具组件中，形成所述弹簧；S3、从所述模具组件开模，取出内置有芯棒的弹簧前体，并在冷却后切除所述弹簧前体表面的多余部分，得到内置有芯棒的弹簧；S4、在腐蚀条件下，将所述内置有所述芯棒的弹簧置于腐蚀液中，以腐蚀去除所述芯棒，得到所述弹簧。根据本专利技术的第四个方面，提供了一种弹簧，该弹簧由本专利技术所述的制备方法制备获得。通过上述技术方案一种弹簧及其制备方法以及用于制备其的模具组件，相对于常规的晶态材料，利用非晶合金具有短程有序、长程无序的结构特点，使其具有相对的高弹性极限、高强度、高硬度等优异的力学性能，进而在多次使用后不容易出现刚度松弛现象；同时，利用这种一体成型的非晶合金中没有位错滑移、孪生等典型的变形机制的特点，使得弹簧一旦超过使用极限，迅速断裂，以便于操作人员能够轻易地发现弹簧失效的情况，并及时处理。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1示出了根据本专利技术实施方式中的一种用于制备弹簧的模具组件的结构示意图；图2示出了根据本专利技术实施方式中的另一种用于制备弹簧的模具组件的结构示意图；图3示出了根据本专利技术实施例1所制备的弹簧S1的XRD衍射图谱；图4示出了根据本专利技术对比例3所制备的弹簧D3的XRD衍射图谱。附图标记说明10芯棒11螺旋槽20芯棒套21浇注口30流道具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本专利技术中“临界尺寸”是指合金在冷却凝固过程中不发生非晶转变形成晶体，所要求的成型样品的三维尺寸中最小尺寸维度方向上的最大尺寸。所述“大块非晶合金”是指临界尺寸大于1mm的非晶合金。在本专利技术中“临界尺寸”的测量方法为：将熔融金属液分别注入到厚度为15mm，且直径由小(最小为1mm)逐渐加大(最大为10mm)的多个圆棒模具中，在室温，常压下浇铸成型，得到多个直径不同的样品，将每个样品切片形成厚度为3mm的测试样，并对各测试样的横截面(垂直于样品厚度方向的截面)进行XRD检测，观测各样品的XRD衍射图谱，如果在XRD衍射图谱上未出现明显晶化峰，即可推导出所成型的非晶合金的临界尺寸大于该样品的直径尺寸；如果在XRD衍射图谱上出现明显晶化峰，表示相应的样品中出现了晶化结构，即可推导出所成型的非晶合金的临界尺寸小于等于该样品的直径尺寸。在本专利技术中“弹性极限”、“弹性模量”和“屈服强度”是根据GBT232-2010《金属材料弯曲试验》中方法测定；“浸泡腐蚀测试”是根据JB/T7901-1999《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》测试；“维氏硬度”是根据ASTME90-82的标准测定。在本专利技术中为了使得弹簧材料失效即断，进而提高弹簧失效可查性，提供了一种弹簧，该弹簧为一体成型的非晶合金件。相比于常规的晶态材料，本专利技术弹簧利用非晶合金(特别是大块非晶合金)具有短程有序、长程无序的结构特点，且通常具有相对的高弹性极限、高强度、高硬度等优异的力学性能特点，使其在多次使用后不容易出现刚度松弛现象；同时，利用这种一体成型的非晶合金中没有位错滑移、孪生等典型的变形机制的特点，使得弹簧一旦超过使用极限，迅速断裂，以便于操作人员能够轻易地发现弹簧失效的情况，并进行及时的处理。根据本专利技术所提供的弹簧，优选所述弹簧的材料为临界尺寸大于1mm，优选大于10mm的大块非晶合金，利用这种临界尺寸大于1mm，特别是大于10mm的大块非晶合金更容易形成非晶结构，对成型条件要求低特点，更有利于弹簧的大规模工业化生产。根据本专利技术所提供的弹簧，优选能够形成大块非晶合金的材料包括但不限于锆铜基非晶合金、钛铜基非晶合金或镍基非晶合金。其中：所述锆铜基非晶合金的通式为Zra1(Cu1-xNix)a2Ala3M1a4，其中38≤a1≤70、20≤a2≤50、5≤a3≤15、0≤a4≤5、且a1+a2+a3+a4＝100；其中0≤x<1；其中M1为Fe、Ag、Co、Mn、Cr、Ti、Hf、Ta、Nb、C及稀土元素中的一种或几种元素的组合；所述稀土元素优选为Y、Sc和La中的一种或几种。在本专利技术中优选所述锆铜基非晶合金包括但不限于Zr-Cu-Al-Ni系合金(例如Zr55Cu30Al10Ni5)、Zr-Cu-Al-Ni-Y系合金(例如Zr52Cu30Al10Ni7Y1)、Zr-Cu-Al-Ni-Ti系合金(例如Zr52Cu18Al10Ni15Ti5)和Zr-Cu-Al-Ni-Nb(例如Zr60Cu15Al10Ni12Nb3)中的任一种。所述钛铜基非晶合金的通式为Tib1Cub2Nib3M2b4，其中，35≤b1≤53，9≤b2≤55，0≤b3≤24，3≤b4≤18，且b1+b2+b3+b4＝100；其中M2为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹簧，其特征在于，所述弹簧为一体成型的非晶合金件。

【技术特征摘要】
1.一种弹簧，其特征在于，所述弹簧为一体成型的非晶合金件。2.根据权利要求1所述的弹簧，其中，所述弹簧的材料为临界尺寸大于1mm的大块非晶合金，优选为临界尺寸大于10mm的大块非晶合金。3.根据权利要求1所述的弹簧，其中，所述弹簧的材料为锆铜基非晶合金、钛铜基非晶合金或镍基非晶合金，优选地，所述锆铜基非晶合金的通式为Zra1(Cu1-xNix)a2Ala3M1a4，其中38≤a1≤70、20≤a2≤50、5≤a3≤15、0≤a4≤5、且a1+a2+a3+a4＝100；其中0≤x<1；其中M1为Fe、Ag、Co、Mn、Cr、Ti、Hf、Ta、Nb、C及稀土元素中的一种或几种元素的组合；优选地，所述钛铜基非晶合金的通式为Tib1Cub2Nib3M2b4，其中，35≤b1≤53，9≤b2≤55，0≤b3≤24，3≤b4≤18，且b1+b2+b3+b4＝100；其中M2为Sn、Zr、Be、B和Al中的一种或几种元素的组合；优选地，所述镍基非晶合金的通式为Nic1(Zr1-y-z-rTiyNbzTar)c2M3c3，其中50≤c1≤70，20≤c2≤50，0≤c3≤30，且c1+c2+c3＝100；其中0≤y≤25、0≤z≤36、0≤r≤34；其中M3为Pd、Si、Sn、Nb、P、B、Hf、Co、Cu、Mo、Cr和Al中的一种或几种元素的组合。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的弹簧，其中，所述弹簧的材料为在室温、常压下铜模浇铸形成长宽高为3×10×80mm的样品时，弹性极限为1-2.5％，弹性模量为70-130GPa，屈服强度为1000-2500MPa的材料；优选地，所述弹簧的材料为在室温、常压下铜模浇铸形成长宽高为20×20×2mm的样品时，维氏硬度为400-800HV的材料；优选地，所述弹簧的材料为在室温、常压下铜模浇铸形成长宽高为20×20×2mm的样品时，在浸泡腐蚀测试中腐蚀速率小于0.01mm/a的材料。5.根据权利要求1至3中任意一项所述的弹簧，其中，所述弹簧的线径为0.5-10mm。6.根据权利要求1至3中任意一项所述的弹簧，其中，所述弹簧为压簧、拉簧、堆簧或转簧。7.一种用于制备弹簧的模具组件，其特征在于，所述模具组件包括：芯棒(10)和芯棒套(20)；所述芯棒(10)的周面上形成有螺旋槽(11)；所述芯棒套(20)包裹在所述芯棒(10)的外周，以密封所述螺旋槽形成弹簧铸腔，且所述芯棒套(20)的表面上形成有与所述弹簧铸腔相连通的浇注口(21)。8.根据权利要求7所述的模具组件，其中，所述芯棒(10)的表面维氏硬度大于30HV；且在相同条件下，所述芯棒(10)的腐蚀速度为所欲制备的弹簧的腐蚀速度的10倍以上，优选100倍以上。9.根据权利要求8所述的模具组件，其中，所述芯棒(10)为铝合金芯棒或锌合金芯棒。10.根据权利要求7所述的模具组件，其中，所述芯棒套(20)上形成有多个浇注口(21)、且该多个浇注口(21)对应于所述弹簧铸腔的螺旋位置均布在所述芯棒套(20)上。11.根据权利要求10所述的模具组件，其中，所述芯棒套(20)上对应于所述弹簧铸腔中每1-5个圈形成有一个浇注口(21)。12.根据权利要求10所述的模具组件，其中，所述芯棒套(20)包括沿所述芯棒(10)的周向方向均分的至少两个子芯棒套，且相邻两个子芯棒套之间可拆模-合模设置。13.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李运春，赵万平，云丽，吴波，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44