CN105088012A - 应用内燃机车上的钛合金活塞连杆组及工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种钛合金,按质量百分比为:Al含量为5.5-6.5%,Mo含量为0.5-1.5%,V含量为3.5-4.5%,Fe含量为小于0.25%,O含量为小于0.15%,余量为Ti。用钛合金制造活塞连杆组的工艺方法,第一步、熔炼铸锭;第二步、锻造;第三步、热处理;第四步、机加工;第五步、超声波探伤;第六步、成品。钛合金活塞顶采用精加工之后粗加工;钛合金活塞环采用表面磨光;钛合金活塞销采用表面磨光;钛合金连杆采用车光;钛合金连杆螺栓采用车光棒之后墩制螺栓毛件,再精加工。本发明减轻内燃机车柴油机活塞系统重量35~50%,强度比钢活塞销更高,使用寿命比钢活塞销长,防腐蚀性能远优于钢活塞销。

Description

应用内燃机车上的钛合金活塞连杆组及工艺方法
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域,目前钛合金应用轨道交通领域为零,涉及到柴油机活塞连杆组减轻重量、抗疲劳和防腐蚀,特别涉及到钛合金活塞连杆组的新结构、新材料、新工艺。
背景技术
钛合金具有高强度,低密度,低弹性模量,极好的抗疲劳性和耐腐蚀性。钛材料不会发生断裂,不会生锈,在任何大气环境下都不会腐蚀。钛合金是如此抗拒腐蚀,甚至不需要任何喷漆处理。具有这么多优点的钛合金材料却没有被应用在轨道交通设备中。
钛合金密度为4.5g/cm3,是钢密度的57%,强度与钢相当,替换钢材减重43%。美军CH53型重型运输直升机采用钛合金640kg(约结构质量的10%),代替1.02t钢材,减重380kg。钛合金还是比强度最高的金属材料,等强度替换铝合金减重20-30%。而且可以减小高速运动部件的运动惯量。意大利的法拉利2003En20型超级汽车V12发动机采用钛合金连杆后,机动性能增强助推速度3.9s内可达62km/h。钛合金屈强比为0.68-0.96,碳素钢为0.6-0.65,合金结构钢为0.65-0.86,屈强比高提高可靠性。钛合金与钢相比,具有较低的剪切模量。大众2001LupoFSI型汽车采用TimetalLCB制造的钛合金弹簧,与钢制弹簧比,质量减少60%,体积缩小25%,而且更加安全可靠,寿命长。钛合金的高低温力学性能优越,在-253-550℃温度范围,具有较高的强韧性,如表2。
表2
而钢具有低温脆性,在低温环境下塑性、韧性、延伸率降低,易发生脆性断裂。钛合金最重要的特性是耐腐蚀好,如表3。
表3
钛合金线性膨胀系数小,纯钛为8.2×10-6/K,约为碳钢的2/3,不锈钢的1/2。
以往,人们通常认为钛合金是稀有金属,其储量少,若将其应用到轨道交通设备中,其产量无法满足需求,其实钛合金储量完全能够满足工业中大规模应用,钛在地壳中的含量为0.61%,比铜、镍、锡、铅、锌等一般有色金属总和还多十几倍,蕴藏量是铜的十倍,而且在全世界中国的钛储量居世界第一,如表4:
表4
国别 钛铁矿(万吨) 金红石(万吨) 合计(万吨) 占比(%)
中国 20000 ---- 20000 28.90
澳大利亚 10000 1800 11800 17.05
印度 8500 740 9240 13.35
南非 6300 830 7130 10.30
巴西 4300 120 4420 6.39
世界总计 65000 4200 69200 100
人们普遍认为钛合金价钱很贵,随着钛合金的飞速发展,海绵钛价格的降低,钛合金的价钱已有大幅度的下降,2007年海绵钛的价格为9.5万/吨,到2014年即最近的价格报价为5万/吨左右。未来几年随着电解法制备海绵钛将实现工业化,海绵钛的价格会降低到3万/吨左右。
近年来,钛合金因其高的屈强比和耐蚀性,成为内燃机车用柴油机零部件材料的一种新选择。
钛合金已经在航空、汽车和化工有应用。钛合金活塞销具有重量轻、耐腐蚀性优良和抗疲劳等优点。
随着铁路快速发展,内燃机车的轻量化设计要求,钛合金柴油机活塞连杆组替代钢制活塞连杆组成为发展需求。
现在轨道交通上内燃机车用柴油机钢活塞连杆组主要包括活塞顶、活塞环、活塞销、连杆、连杆螺栓。
目前活塞顶材料主要是42CrMo。
活塞环材料主要是合金铸铁、球墨铸铁。
活塞销材料主要是合金渗碳钢12CrNi3A、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi。
连杆材料主要是42CrMo。
连杆螺栓材料主要是42CrMo。
钢制零部件存在太重、防腐性能不好、断裂影响寿命等问题。
铝制零部件存在弹性模量和屈服强度较低的问题。
此活塞连杆组主要应用于180型、240型、280型、ND2型、ND5型机车柴油机。
发明内容
提供一种应用轨道交通内燃机车上的钛合金活塞连杆组及工艺方法。本发明要解决的技术问题是减轻重量,提高抗腐蚀性能,提高使用寿命,达到内燃机车的轻量化设计要求和提高活塞往复运动的动力性能。
本发明的技术方案是:
一种用于制造活塞连杆组的钛合金,为了防止异种金属间摩擦磨损,所述活塞连杆组零部件采用同一种钛合金原材料,钛合金材料性能指标如表4:
表4
钛合金按质量百分比为:
Al含量为5.5-6.5%,Mo含量为0.5-1.5%,V含量为3.5-4.5%,Fe含量为小于0.25%,O含量为小于0.15%,余量为Ti。
钛合金按质量百分比为:
Al含量为5.8-6.2%,Mo含量为0.8-1.2%,V含量为3.8-4.2%,Fe含量为小于0.25%,O含量为小于0.15%,余量为Ti。
钛合金按质量百分比为:
本发明较佳实施例为:
Al含量为6%,Mo含量为1%,V含量为4%,Fe含量为0.2%,O含量为0.1%,余量为Ti。
本发明的优点是:本发明减轻内燃机车柴油机活塞系统重量35~50%,强度比钢活塞销更高,使用寿命比钢活塞销长,防腐蚀性能远优于钢活塞销。钛合金活塞销内孔采用圆柱形代替原截锥形和组合形,使受力更加均匀,不至于局部过度破损。
附图说明
图1为本发明的钛合金活塞销剖面图。
图2为本发明的钛合金活塞顶示意图。
图3为本发明的钛合金活塞环示意图。
图4为本发明的钛合金连杆螺栓示意图。
图5为本发明的钛合金连杆示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图及实施例对本发明进一步详细说明。
一种用于制造活塞连杆组的钛合金,为了防止异种金属间摩擦磨损,所述活塞连杆组零部件采用同一种钛合金原材料,钛合金材料性能指标如表4:
表4
钛合金按质量百分比为:
Al含量为5.5-6.5%,Mo含量为0.5-1.5%,V含量为3.5-4.5%,Fe含量为小于0.25%,O含量为小于0.15%,余量为Ti。
钛合金按质量百分比为:
Al含量为5.8-6.2%,Mo含量为0.8-1.2%,V含量为3.8-4.2%,Fe含量为小于0.25%,O含量为小于0.15%,余量为Ti。
钛合金按质量百分比为:
本发明较佳实施例为:
Al含量为6%,Mo含量为1%,V含量为4%,Fe含量为0.2%,O含量为0.1%,余量为Ti。
一种用钛合金制造活塞连杆组的工艺方法,
第一步、熔炼铸锭;
第二步、锻造;
第三步、热处理;
第四步、机加工;
第五步、超声波探伤;
第六步、成品。
该工艺方法;
第一步中熔炼铸锭采用真空自耗电弧熔炼三次。
第二步中锻造具体工艺方法:
钛合金活塞顶锻造具体为:开坯锻造,初始温度在1350℃±20℃,终锻温度在1100℃±20℃,每次的压下量在10-25mm之间;
钛合金活塞环锻造具体为:开坯锻造,初始温度在1140℃±20℃左右,终锻温度在1000℃±20℃,每次的压下量在10-25mm之间;
钛合金活塞销锻造具体为:开坯锻造,初始温度在1250℃±20℃,终锻温度在1000℃±20℃,每次的压下量在10-25mm之间;
钛合金连杆锻造具体为:开坯锻造,初始温度在1140℃±20℃,终锻温度在900℃±20℃,每次的压下量在10-25mm之间,然后修磨再进行镦拔锻造,一次三墩三拔,锻造时压下量不能超过长度的30%,先进行高温镦拔锻造,初始温度在1040℃-1090℃之间,终锻温度在850℃±20℃,再进行成品锻造,初始温度是940℃-950℃,终锻温度在850℃±20℃;
钛合金连杆螺栓销锻造具体为:开坯锻造,初始温度在1250℃±20℃,终锻温度在1000℃±20℃,每次的压下量在10-25mm之间,然后修磨后再进行成品锻造,初始温度是990℃-1000℃,终锻温度在740℃±20℃。
第三步中热处理具体工艺方法:
权利中所有零部件都采用退火制度,加热温度在700℃-850℃,保温时间为60-120min,冷却方式为空冷。
钛合金活塞环与钛合金活塞销还需要做渗氮处理,氮化后表面硬度达到56-62HRC,硬化层厚度≥1.8mm。
第四步机加工具体工艺方法:参见图1-5所示。
钛合金活塞顶采用精加工之后粗加工;
钛合金活塞环采用表面磨光;
钛合金活塞销采用表面磨光;
钛合金连杆采用车光;
钛合金连杆螺栓采用车光棒之后墩制螺栓毛件,再精加工。

Claims (9)

1.一种用于制造活塞连杆组的钛合金,其特征在于:
为了防止异种金属间摩擦磨损,所述活塞连杆组零部件采用同一种钛合金原材料,钛合金材料性能指标如表1:
表1。
2.根据权利要求1所述的一种用于制造活塞连杆组的钛合金,其特征在于:
钛合金按质量百分比为:
Al含量为5.5-6.5%,Mo含量为0.5-1.5%,V含量为3.5-4.5%,Fe含量为小于0.25%,O含量为小于0.15%,余量为Ti。
3.根据权利要求1所述的一种用于制造活塞连杆组的钛合金,其特征在于:
钛合金按质量百分比为:
Al含量为5.8-6.2%,Mo含量为0.8-1.2%,V含量为3.8-4.2%,Fe含量为小于0.25%,O含量为小于0.15%,余量为Ti。
4.根据权利要求1所述的一种用于制造活塞连杆组的钛合金,其特征在于:
钛合金按质量百分比为:
Al含量为6%,Mo含量为1%,V含量为4%,Fe含量为0.2%,O含量为0.1%,余量为Ti。
5.一种用钛合金制造活塞连杆组的工艺方法,其特征在于:
第一步、熔炼铸锭;
第二步、锻造;
第三步、热处理;
第四步、机加工;
第五步、超声波探伤;
第六步、成品。
6.根据权利要求5所述的一种用钛合金制造活塞连杆组的工艺,其特征在于:
该工艺方法;
第一步中熔炼铸锭采用真空自耗电弧熔炼三次。
7.根据权利要求5所述的一种用钛合金制造活塞连杆组的工艺,其特征在于:
第二步中锻造具体工艺方法:
钛合金活塞顶锻造具体为:开坯锻造,初始温度在1350℃±20℃,终锻温度在1100℃±20℃,每次的压下量在10-25mm之间;
钛合金活塞环锻造具体为:开坯锻造,初始温度在1140℃±20℃左右,终锻温度在1000℃±20℃,每次的压下量在10-25mm之间;
钛合金活塞销锻造具体为:开坯锻造,初始温度在1250℃±20℃,终锻温度在1000℃±20℃,每次的压下量在10-25mm之间;
钛合金连杆锻造具体为:开坯锻造,初始温度在1140℃±20℃,终锻温度在900℃±20℃,每次的压下量在10-25mm之间,然后修磨再进行镦拔锻造,一次三墩三拔,锻造时压下量不能超过长度的30%,先进行高温镦拔锻造,初始温度在1040℃-1090℃之间,终锻温度在850℃±20℃,再进行成品锻造,初始温度是940℃-950℃,终锻温度在850℃±20℃;
钛合金连杆螺栓销锻造具体为:开坯锻造,初始温度在1250℃±20℃,终锻温度在1000℃±20℃,每次的压下量在10-25mm之间,然后修磨后再进行成品锻造,初始温度是990℃-1000℃,终锻温度在740℃±20℃。
8.根据权利要求5所述的一种用钛合金制造活塞连杆组的工艺,其特征在于:
第三步中热处理具体工艺方法:
权利中所有零部件都采用退火制度,加热温度在700℃-850℃,保温时间为60-120min,冷却方式为空冷。
钛合金活塞环与钛合金活塞销还需要做渗氮处理,氮化后表面硬度达到56-62HRC,硬化层厚度≥1.8mm。
9.根据权利要求5所述的一种用钛合金制造活塞连杆组的工艺,其特征在于:
第四步机加工具体工艺方法:
钛合金活塞顶采用精加工之后粗加工;
钛合金活塞环采用表面磨光;
钛合金活塞销采用表面磨光;
钛合金连杆采用车光;
钛合金连杆螺栓采用车光棒之后墩制螺栓毛件,再精加工。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106271475A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 四川绵竹鑫坤机械制造有限责任公司 钛合金连杆加工工艺
CN112342437A (zh) * 2020-11-20 2021-02-09 宁波北理汽车科技股份有限公司 一种曲轴连杆制备工艺
CN111455216B (zh) * 2020-05-27 2021-07-23 长安大学 一种面向激光增材制造应用的类tc4钛合金
CN113308664A (zh) * 2021-05-27 2021-08-27 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 一种钛合金零件表面渗氮处理方法
CN114959362A (zh) * 2022-06-20 2022-08-30 长安大学 一种基于等轴细晶强化的高强高塑激光增材制造钛合金

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1653199A (zh) * 2002-05-09 2005-08-10 钛金属公司 α-βTi-Al-V-Mo-Fe合金
CN101928859A (zh) * 2009-12-09 2010-12-29 北京有色金属研究总院 一种高冲击韧性的钛合金及其制备方法
WO2012039927A1 (en) * 2010-09-23 2012-03-29 Ati Properties, Inc. High strength alpha/beta titanium alloy fasteners and fastener stock
CN103276242A (zh) * 2013-06-04 2013-09-04 哈尔滨工业大学 一种超高强度钛合金及其制备方法
JP2013227618A (ja) * 2012-04-25 2013-11-07 Kobe Steel Ltd α+β型チタン合金板、およびその製造方法
CN103667789A (zh) * 2014-01-06 2014-03-26 北京宏大钛科贸有限公司 一种钛合金、由该合金制造的抽油光杆及其应用
CN103898359A (zh) * 2014-04-17 2014-07-02 宝鸡钛业股份有限公司 一种钛合金及其加工方法
CN104862529A (zh) * 2015-06-06 2015-08-26 西北有色金属研究院 一种超高强高塑性钛合金

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1653199A (zh) * 2002-05-09 2005-08-10 钛金属公司 α-βTi-Al-V-Mo-Fe合金
CN101928859A (zh) * 2009-12-09 2010-12-29 北京有色金属研究总院 一种高冲击韧性的钛合金及其制备方法
WO2012039927A1 (en) * 2010-09-23 2012-03-29 Ati Properties, Inc. High strength alpha/beta titanium alloy fasteners and fastener stock
JP2013227618A (ja) * 2012-04-25 2013-11-07 Kobe Steel Ltd α+β型チタン合金板、およびその製造方法
CN103276242A (zh) * 2013-06-04 2013-09-04 哈尔滨工业大学 一种超高强度钛合金及其制备方法
CN103667789A (zh) * 2014-01-06 2014-03-26 北京宏大钛科贸有限公司 一种钛合金、由该合金制造的抽油光杆及其应用
CN103898359A (zh) * 2014-04-17 2014-07-02 宝鸡钛业股份有限公司 一种钛合金及其加工方法
CN104862529A (zh) * 2015-06-06 2015-08-26 西北有色金属研究院 一种超高强高塑性钛合金

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106271475A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 四川绵竹鑫坤机械制造有限责任公司 钛合金连杆加工工艺
CN111455216B (zh) * 2020-05-27 2021-07-23 长安大学 一种面向激光增材制造应用的类tc4钛合金
CN112342437A (zh) * 2020-11-20 2021-02-09 宁波北理汽车科技股份有限公司 一种曲轴连杆制备工艺
CN113308664A (zh) * 2021-05-27 2021-08-27 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 一种钛合金零件表面渗氮处理方法
CN113308664B (zh) * 2021-05-27 2022-10-14 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 一种钛合金零件表面渗氮处理方法
CN114959362A (zh) * 2022-06-20 2022-08-30 长安大学 一种基于等轴细晶强化的高强高塑激光增材制造钛合金
CN114959362B (zh) * 2022-06-20 2023-03-14 长安大学 一种基于等轴细晶强化的高强高塑激光增材制造钛合金

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