一种高性能异型钢丝材料及其制备方法与应用

1.一种异型钢丝材料，其截面为近似的等腰梯形，其特征在于上底边、下底边为圆弧 形线，上、下底边圆弧形线的半径分别为R1、R2，两腰为对称的圆弧形线，该圆弧形线的 半径为R3，上底的最大宽度为A，下底的最大宽度为C，上、下底边之间最大距离为B， 上底边与两腰之间为圆弧光滑过渡连接，下底边与两腰之间也为圆弧光滑过渡连接，其中：
R1＝K1×lnB×(B/A+B)-2σb-C
R2＝K2×lnA×(A+B/A)-2σb
R3＝K3×lnB×σb
这里K1、K2、K3为圆弧系数，K1取0.002～0.004，K2取0.0005～0.0009，K3取0.011～ 0.027，σb为钢丝材料的抗拉强度，σb＝1590～1880Mpa。
2.一种如权利要求1所述异型钢丝材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)制模和选料，根据设计要求，确定异型钢丝模截面的形状，按照该截面形状，预先 制作同样形状模腔的模拉用的异型模具，并选择相应的圆形钢丝坯料；
(2)初轧，采用二辊轧机，二辊间的夹角近似等于或等于钢丝截面两腰之间的，常温， 拉轧，钢丝走速为15-20m/分钟；
(3)铅淬火，对经初轧的钢丝进行铅淬火，温度为670-730℃，时间25-30分钟，然后 酸洗磷化；
(4)二道轧制，采用四辊轧机，回辊所围成的拉轧平面近似等于或等于钢丝截面的等腰 梯形形状，常温，拉轧，钢丝走速为15-20m/分钟；
(5)异型模拉，将经过二道轧制的钢丝，通过异型模具，常温，模拉，钢丝走速为15-20m/ 分钟；
(6)淬火，温度900±20℃，时间10-15分钟；
(7)回火，温度450±20℃，时间20-30分钟。
3.一种如权利要求1所述的异型钢丝材料在制备弹簧中的应用。

技术领域\n本发明属钢制品技术领域，具体涉及一种高性能异型钢丝材料及其制造方法和应用。\n背景技术\n目前生产高变形能弹簧所用的钢丝主要有以下二种：1.用截面为圆形的钢丝轧扁后绕 制高变形能弹簧，2.用截面为梯形的钢丝来绕制高变形能弹簧。并且以上二种形状的钢丝 都是软状态，绕制好弹簧后还要进行淬火，才能使弹簧达到设计的性能要求。用以上二种 形状的钢丝作绕制弹簧的缺点是，由于绕制时材料的变形，无法使弹簧钢丝的截面成为精 确的矩形。而在设计弹簧时，为了保证弹簧有最大的变形能，要求弹簧钢丝的截面必须保 持精确的矩形。另外对用软材料加工后的弹簧进行热处理，在热处理的过程中很难保持弹 簧的外形不变形，容易产生废品，增加生产成本，造成材料浪费。\n发明内容\n本发明的目的在于提供一种高性能的异形钢丝材料及其制备方法，该异形钢丝材料可 用于绕制高质量的弹簧，使弹簧钢丝的截面为精确的矩形。\n本发明提供的高性能异形钢丝材料，其截面为近似的等腰梯形，如图1所示。其上底 边、下底边为圆弧形线，上、下底边圆弧形线的半径分别为R1、R2，两腰为对称的圆弧形 线，该圆弧形线的半径为R3，上底的最大宽度为A，下底的最大宽度为C，上、下底边之 间最大距离为B，上底边与两腰之间为圆弧光滑过渡连接，下底边与两腰之间也为圆弧光 滑过渡连接，其中：\nR1＝K1×ln B×(B/A+B)-2σb-C\nR2＝K2×ln A×(A+B/A)-2σb\nR3＝K3×ln B×σb\n这里K1、K2、K3为圆弧系数，K1取0.002～0.004，K2取0.0005～0.0009，K3取0.027～ 0.011，σb为钢丝材料的抗拉强度，通常的弹簧钢材料的σb＝1590～1880Mpa。\n上述异型钢丝材料的制备方法如下：\n1、制模和选料，根据设计要求，确定异型钢丝模截面的形状，按照该截面形状，预 先制作同样形状模腔的模拉用的异型模具，并选择相应的圆形钢丝坯料；\n2、初轧，采用二辊轧机，二辊间的夹角近似等于或等于钢丝截面两腰之间的夹角， 常温，拉轧，钢丝走速为15-20m/分钟；经初轧的钢丝截面形状为近似等腰梯形，但上、 下两侧圆弧与原坯料圆弧相近。\n3、铅淬火，对经初轧的钢丝进行铅淬火，温度为670-730℃，时间25-30分钟，然 后酸洗磷化；\n4、二道轧制，采用四辊轧机，四辊所围成的拉轧平面近似等于或等于的等腰梯形 形状，常温，拉轧，钢丝走速为15-20m/分钟；经二道轧制的钢丝截面形状基本为梯形， 更接近于所需钢丝截面形状。\n5、异型模拉，将经过二道轧制的钢丝，通过异型模具，常温，模拉，钢丝走速为 15-20m/分钟；\n6、淬火，温度900±20℃，时间10-15分钟；\n7、回火，温度450±20℃，时间20-30分钟。\n即可制得所需异型钢丝材料。\n由上述工艺制备的异型钢丝材料，可用于制备高性能的弹簧。因为由此截面图形的异 型钢丝，经弯曲绕制成弹簧后，由于弹性变形的作用，弹簧钢丝截面成为精确矩形。从而 获得最大的变形能，而且，绕制成弹簧后可以省去热处理工艺，大大提高了弹簧的性能及 产品合格率。\n本发明中，参数A、B、C由实际应用需要给定，σb根据使用材料也为给定，然后选 择适当的圆弧系数K1、K2、K3，再根据公式(1)，计算出R1、R2、R3，从而确定出异型钢 丝的截面形状。\n根据实际使用情况，一般地，A＝1.2-10mm，B＝2.4-15mm，C＝1-7mm。R1＝1.1-30mm， R2＝0.5-6mm，R3＝3.5-120mm。\n附图说明\n图1为异型钢丝的截面形状图示。\n图中标号：A为上底最大宽度，C为下底最大宽度，B为上下底之间的最大距离，R1 为上底圆弧线的半径，R2为下底圆弧线的半径，R3为腰圆弧线的半径。\n具体实施方式\n实施例1，根据实际使用要求，给定参数：A＝1.26mm，B＝2.4mm，C＝1.1mm。材料采 用50CrVA，其抗拉强度σb＝1630，圆弧系数K1＝0.004，K2＝0.0009，K3＝0.027。根据公式 (1)计算得，R1＝12mm，R2＝0.6mm，R3＝38mm，根据A、B、C和R1、R2、R3数据确定异 型钢丝截面形状。其上底、下底与腰之间分别用适当的圆弧线光滑过渡。根据此截面形状， 设计制作模拉用的模具。\n1、选择直径为2.6mm圆形钢丝坯料。\n2、初轧，采用二辊轧机，二辊间的夹角为近似于或等于，常温拉轧，钢丝 走速为15m/分钟。\n3、铅淬火，对经过初轧的钢丝进行铅淬火，温度为700℃，时间28分钟，然后酸洗 磷化。\n4、二道轧制，采用四辊轧机，调节四辊的拉轧平面近似或等于钢丝截面的梯形形状， 拉轧，钢丝走速20m/分钟。\n5、异型模拉，将经过二道轧制的坯料钢丝，用预告制作的异型模具进行模拉，常温， 钢线走速为18m/分钟。\n6、淬火，温度900℃，时间15分钟。\n7、回火，温度470℃，时间25分钟。\n即得所需异型钢丝。\n按常规的弹簧制作工艺，用该钢丝制作弹簧，制得的弹簧的钢丝截面为精确矩形，该 弹簧具有良好的变形性能。可用作汽车离合器弹簧。\n实施例2，根据实际使用要求，给定参数：A＝3.8mm，B＝4.23mm，C＝3.52mm。材料 采用60SiMnA，其抗拉强度σb＝1600，圆弧系数K1＝0.003，K2＝0.0006，K3＝0.011。根据公 式(1)计算得，R1＝15mm，R2＝2.8mm，R3＝25mm，根据A、B、C和R1、R2、R3数据确定 异型钢丝截面形状。其上底、下底与腰之间分别用适当的圆弧线光滑过渡。根据此截面形 状，设计制作模拉圆的模具。\n1、选择直径为4.8mm圆形钢丝坯料。\n2、初轧，采用二辊轧机，二辊间的夹角为近似于或等于常温拉轧，钢 丝走速为20m/分钟。\n3、铅淬火，对经过初轧的钢丝进行铅淬火，温度为670℃，时间25分钟，然后酸洗 磷化。\n4、二道轧制，采用四辊轧机，调节四辊的拉轧平面近似或等于钢丝截面的梯形形状， 拉轧，钢丝走速15m/分钟。\n5、异型模拉，将经过二道轧制的坯料钢丝，用预告制作的异型模具进行模拉，常温， 钢线走速为15m/分钟。\n6、淬火，温度880℃，时间12分钟。\n7、回火，温度450℃，时间20分钟。\n即得所需异型钢丝。\n按常规的弹簧制作工艺，用该钢丝制作弹簧，制得的弹簧的钢丝截面为精确矩形，该 弹簧具有良好的变形性能。可用作汽车离合器弹簧。\n实施例3，根据实际使用要求，给定参数：A＝7.0mm，B＝12.2mm，C＝5.1mm。材料采 用50CrVA，其抗拉强度σb＝1610，圆弧系数K1＝0.002，K2＝0.0005，K3＝0.027。根据公式 (1)计算得，R1＝28mm，R2＝5mm，R3＝110mm，根据A、B、C和R1、R2、R3数据确定异型 钢丝截面形状。其上底、下底与腰之间分别用适当的圆弧线光滑过渡。根据此截面形状， 设计制作模拉圆的模具。\n1、选择直径为13mm圆形钢丝坯料。\n2、初轧，采用二辊轧机，二辊间的夹角为近似于或等于常温拉轧，钢 丝走速为18m/分钟。\n3、铅淬火，对经过初轧的钢丝进行铅淬火，温度为730℃，时间30分钟，然后酸洗 磷化。\n4、二道轧制，采用四辊轧机，调节四辊的拉轧平面近似或等于钢丝截面的梯形形状， 拉轧，钢丝走速15m/分钟。\n5、异型模拉，将经过二道轧制的坯料钢丝，用预告制作的异型模具进行模拉，常温， 钢线走速为15m/分钟。\n6、淬火，温度920℃，时间10分钟。\n7、回火，温度430℃，时间15分钟。\n即得所需异型钢丝。\n按常规的弹簧制作工艺，用该钢丝制作弹簧，制得的弹簧的钢丝截面为精确矩形，该 弹簧具有良好的变形性能。可用作模具弹簧。