CN108838301A - 一种高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法 - Google Patents

一种高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108838301A
CN108838301A CN201810546610.XA CN201810546610A CN108838301A CN 108838301 A CN108838301 A CN 108838301A CN 201810546610 A CN201810546610 A CN 201810546610A CN 108838301 A CN108838301 A CN 108838301A
Authority
CN
China
Prior art keywords
spring
titanium alloy
preparation
high fatigue
fatigue property
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810546610.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108838301B (zh
Inventor
张慧博
李红恩
金伟
任德春
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Metal Research of CAS
Original Assignee
Institute of Metal Research of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Metal Research of CAS filed Critical Institute of Metal Research of CAS
Priority to CN201810546610.XA priority Critical patent/CN108838301B/zh
Publication of CN108838301A publication Critical patent/CN108838301A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108838301B publication Critical patent/CN108838301B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F3/00—Coiling wire into particular forms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Springs (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，属于弹簧技术领域。所述弹簧材料为钛合金，成分范围为(wt.％)Al：2～5、Cr：3～9、V：6～12、Mo：2～16、Zr：2～8、Ti为余量。所制弹簧类型包括但不限于拉簧、压簧和扭簧。该方法是将所述钛合金棒材经多道次变形后，制备成所需尺寸和截面形状的丝材绕制成弹簧，使用喷砂和/或喷丸的表面处理，使弹簧表面带有一层均匀的压应力强化层，从而提高钛合金弹簧疲劳性能。

Description

一种高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法
技术领域
本发明涉及钛合金弹簧领域，特别提供一种高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法。
背景技术
钛合金是一种重要的结构金属，具有强度高、耐蚀性好、耐热性高的特点。发挥钛合金的性能优势，制备钛合金弹簧是本领域的一个重点研究方向。本发明所述钛合金具有优良的抗腐蚀性能，特别是在海水和海洋大气中极高的抗蚀性，Mo元素的大量加入使得该合金在酸性和氯化物介质中具有更好的抗缝隙腐蚀性能，可用于舰载飞机、水上飞机以及沿海地区服役飞机的弹簧零件。现有钛合金弹簧通常采用热处理析出相强化的方式提高弹簧材料的强度，疲劳寿命＜105。
目前，钛合金弹簧在国外航空弹簧方面已经得到了成功的应用，典型应用是起落架上、下牵引装置、舱门平衡装置、飞行控制弹簧、飞机操纵杆弹簧、踏板复位弹簧和液压系统复位弹簧等。我国对钛合金弹簧的开发和研制仍然处于起步阶段。
本发明通过巧妙的结构设计和系统的工艺控制，发明出一种简单而有效的高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种组织均匀稳定、表面质量好，高疲劳寿命的钛合金弹簧制备方法，该方法可使钛合金弹簧疲劳寿命提高10倍以上。
本发明技术方案如下：
一种高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：将钛合金棒材经多道次变形后，制备成所需尺寸和截面形状的丝材绕制成弹簧，经喷砂和/或喷丸的表面处理使弹簧表面带有一层均匀的压应力层，从而获得高疲劳性能钛合金弹簧；其中，所述钛合金为亚稳β钛合金，其成分范围为质量百分比：Al：2～5、Cr：3～9、V：6～12、Mo：2～16、Zr：2～8、Ti余量，优选为Al：3～5、Cr：5～9、V：7～9、Mo：3～8、Zr：3～6、Ti余量。
本所述钛合金中，Mo元素的大量加入使得该合金在酸性和氯化物介质中具有更好的抗缝隙腐蚀性能。该合金的Mo当量大于16，因此β相稳定，在加工过程中极易实现β相条件下的冷加工变形；该钛合金具有良好的熔炼、热加工和冷加工的工艺性能和良好的冷成形性，时效强化效应明显，可通过改变热处理制度使合金得到不同的强度和塑性匹配。
本发明所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：所述钛合金棒材是其锻料经热加工、固溶处理、无心磨工序制备而成，其中热加工温度介于600℃～1200℃，固溶处理温度介于700℃～900℃，处理时间0.5～3小时。优选为：热加工温度介于700℃～1200℃，固溶处理温度介于800℃～880℃，处理时间0.5～1.5小时。
本发明所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：绕簧丝材是由棒材经冷变形制备而成，冷变形方法为冷拉、冷轧、冷旋锻中一种或两种方法相结合，单道次冷变形量不大于15％，总变形量不大于70％。
本发明所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：对绕制成的弹簧进行时效处理，处理温度介于400℃～600℃，处理时间4～14小时；优选为480℃～580℃温度下处理6～12小时。
本发明所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：时效后的弹簧进行喷砂和/或喷丸处理，喷砂空气压力介于0.2MPa～1.0MPa，喷丸强度介于0.1A～0.6A，表面覆盖率介于100％～800％。
本发明所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：制备得到所述高疲劳性能钛合金弹簧的疲劳寿命≥105。
本发明所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：所述弹簧优选为拉簧、压簧或扭簧。
本发明具有以下技术特点：
1、针对材料的组织稳定性特点，本发明在材料相组成为稳定β相时进行冷加工，易于成型，成型性好。
2、针对材料的组织演变规律，在丝材绕成弹簧后，通过时效处理控制组织组成与相分布，提高材料整体强度，从而提高弹簧的常规力学性能。
3、弹簧时效处理后，经喷砂和/或喷丸的表面处理使弹簧表面带有一层均匀的压应力强化层，由于表面压应力的存在，当弹簧承受载荷时可以抵消一部分应力，从而提高弹簧的疲劳性能。
具体实施方式
下面结合实例对本发明的具体实施方案作详细说明。需要指出的是，实例是用于说明本发明而不是对本发明的限制。本发明的保护范围与核心内容依据权利要求书加以确定。
实施例1
一种规格钛合金压簧的制备方法，所述钛合金的成分为(质量百分比)：Al：4.80、Cr：8.55、V：8.90、Mo：7.80、Zr：5.55、Ti为余量，弹簧线径4mm，中径38mm，有效圈数7.5。采用表1工艺流程制备，106周次循环疲劳前后弹簧的推力偏差≤±0.5％。
表1钛合金压簧的工艺流程表
实施例2
一种规格钛合金扭簧的制备方法，所述钛合金的成分为(质量百分比)：Al：3.25、Cr：5.30、V：7.50、Mo：5.60、Zr：3.35、Ti为余量，弹簧丝材10×10mm，有效圈数5。采用表2工艺流程制备，106周次循环疲劳前后弹簧的扭矩值变化≤±1％。
表2钛合金扭簧的工艺流程表
实施例3
一种规格钛合金拉簧的制备方法，所述钛合金的成分为(质量百分比)：Al：3.50、Cr：6.55、V：7.90、Mo：4.30、Zr：4.55、Ti为余量，弹簧线径8mm，中径65mm，有效圈数12。采用表3工艺流程制备，107周次循环疲劳前后弹簧的拉力偏差≤±1.2％。
表3钛合金拉簧的工艺流程表
实施例4
一种规格钛合金扭簧的制备方法，所述钛合金的成分为(质量百分比)：Al：4.10、Cr：5.90、V：7.20、Mo：3.20、Zr：4.15、Ti为余量，弹簧采用上边6×下边8×厚6mm梯形截面丝材，有效圈数6。采用表4工艺流程制备，106周次循环疲劳前后弹簧的扭矩值偏差≤±1.7％。
表4钛合金扭簧的工艺流程表
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：将钛合金棒材经多道次变形后，制备成所需尺寸和截面形状的丝材绕制成弹簧，经喷砂和/或喷丸的表面处理使弹簧表面带有一层均匀的压应力层，从而获得高疲劳性能钛合金弹簧；其中，所述钛合金为亚稳β钛合金，其成分范围为质量百分比：Al：2～5、Cr：3～9、V：6～12、Mo：2～16、Zr：2～8、Ti余量。
2.按照权利要求1所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：所述钛合金棒材是其锻料经热加工、固溶处理、无心磨工序制备而成，其中热加工温度介于600℃～1200℃，固溶处理温度介于700℃～900℃，处理时间0.5～3小时。
3.按照权利要求1所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：绕簧丝材是由棒材经冷变形制备而成，冷变形方法为冷拉、冷轧、冷旋锻中一种或两种方法相结合，单道次冷变形量不大于15％，总变形量不大于70％。
4.按照权利要求1所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：对绕制成的弹簧进行时效处理，处理温度介于400℃～600℃，处理时间4～14小时。
5.按照权利要求1所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：时效后的弹簧进行喷砂和/或喷丸处理，喷砂空气压力介于0.2MPa～1.0MPa，喷丸强度介于0.1A～0.6A，表面覆盖率介于100％～800％。
6.按照权利要求1所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：所述高疲劳性能钛合金弹簧的疲劳寿命≥105。
7.按照权利要求1所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：所述弹簧为拉簧、压簧或扭簧。
8.按照权利要求1所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：所述钛合金的成分范围为质量百分比：Al：3～5、Cr：5～9、V：7～9、Mo：3～8、Zr：3～6、Ti余量。
CN201810546610.XA 2018-05-31 2018-05-31 一种高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法 Active CN108838301B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810546610.XA CN108838301B (zh) 2018-05-31 2018-05-31 一种高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810546610.XA CN108838301B (zh) 2018-05-31 2018-05-31 一种高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108838301A true CN108838301A (zh) 2018-11-20
CN108838301B CN108838301B (zh) 2021-04-30

Family

ID=64210082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810546610.XA Active CN108838301B (zh) 2018-05-31 2018-05-31 一种高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108838301B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111218583A (zh) * 2020-03-03 2020-06-02 沈阳中钛装备制造有限公司 一种低成本小线径钛合金弹簧及其制备方法与应用
CN111250631A (zh) * 2020-03-16 2020-06-09 沈阳飞机工业（集团）有限公司 Tb9钛合金拉簧加工方法
CN111306229A (zh) * 2020-03-03 2020-06-19 沈阳和世泰通用钛业有限公司 一种小线径钛合金弹簧及其制备方法与应用
CN111334687A (zh) * 2020-03-23 2020-06-26 沈阳中钛装备制造有限公司 一种大线径钛合金弹簧及其制备方法与应用
CN111425544A (zh) * 2020-03-23 2020-07-17 沈阳中钛装备制造有限公司 一种低成本钛合金弹簧及其制备方法与应用
WO2023104072A1 (zh) * 2021-12-09 2023-06-15 华为技术有限公司 钛合金及其制备方法、钛合金部件、折叠转轴和电子设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102458767A (zh) * 2009-06-17 2012-05-16 日本发条株式会社 螺旋弹簧的制造方法
CN103341520A (zh) * 2013-07-04 2013-10-09 中国科学院金属研究所 一种tb9矩形截面钛合金丝材制备工艺
CN105755251A (zh) * 2014-12-13 2016-07-13 重庆迎瑞升压铸有限公司 一种弹簧强化的后处理工艺
JP2016156078A (ja) * 2015-02-26 2016-09-01 国立大学法人東北大学 Ｃｕ−Ｔｉ系銅合金板材および製造方法並びに通電部品およびばね材
CN107234192A (zh) * 2016-08-02 2017-10-10 中国科学院金属研究所 一种异型截面钛合金丝材弹簧加工工艺
CN107838329A (zh) * 2017-10-28 2018-03-27 曲阜天博汽车电器有限公司 螺旋压缩偏心弹簧的制作工艺及其弹簧产品

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102458767A (zh) * 2009-06-17 2012-05-16 日本发条株式会社 螺旋弹簧的制造方法
CN103341520A (zh) * 2013-07-04 2013-10-09 中国科学院金属研究所 一种tb9矩形截面钛合金丝材制备工艺
CN105755251A (zh) * 2014-12-13 2016-07-13 重庆迎瑞升压铸有限公司 一种弹簧强化的后处理工艺
JP2016156078A (ja) * 2015-02-26 2016-09-01 国立大学法人東北大学 Ｃｕ−Ｔｉ系銅合金板材および製造方法並びに通電部品およびばね材
CN107234192A (zh) * 2016-08-02 2017-10-10 中国科学院金属研究所 一种异型截面钛合金丝材弹簧加工工艺
CN107838329A (zh) * 2017-10-28 2018-03-27 曲阜天博汽车电器有限公司 螺旋压缩偏心弹簧的制作工艺及其弹簧产品

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
黄旭等: "《先进航空钛合金材料与应用》", 31 May 2012 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111218583A (zh) * 2020-03-03 2020-06-02 沈阳中钛装备制造有限公司 一种低成本小线径钛合金弹簧及其制备方法与应用
CN111306229A (zh) * 2020-03-03 2020-06-19 沈阳和世泰通用钛业有限公司 一种小线径钛合金弹簧及其制备方法与应用
CN111250631A (zh) * 2020-03-16 2020-06-09 沈阳飞机工业（集团）有限公司 Tb9钛合金拉簧加工方法
CN111334687A (zh) * 2020-03-23 2020-06-26 沈阳中钛装备制造有限公司 一种大线径钛合金弹簧及其制备方法与应用
CN111425544A (zh) * 2020-03-23 2020-07-17 沈阳中钛装备制造有限公司 一种低成本钛合金弹簧及其制备方法与应用
WO2023104072A1 (zh) * 2021-12-09 2023-06-15 华为技术有限公司 钛合金及其制备方法、钛合金部件、折叠转轴和电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN108838301B (zh) 2021-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108838301A (zh) 一种高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法
CN104018027B (zh) 一种耐热钛合金及其加工制造方法和应用
CN104174791B (zh) 异型截面丝材钛合金弹簧的制备方法
CN104498793B (zh) 高强韧性镁锂合金及累积叠轧焊工艺制备高强韧性镁锂合金的方法
CN103216509B (zh) 一种高强度螺栓及其加工方法
CN113564504B (zh) 一种对大尺寸gh4738合金锻件进行快速时效的热处理工艺
CN112981174B (zh) 一种高强高塑性钛合金丝材的制备方法
CN114086049B (zh) 2.0GPa级超高屈服强度塑性CoCrNi基中熵合金及其制备方法
CN110144496A (zh) 具有改良性能的钛合金
CN104862529B (zh) 一种超高强高塑性钛合金
US20030044306A1 (en) Zirconium alloy having excellent corrosion resistance and mechanical properties and method for preparing nuclear fuel cladding tube by zirconium alloy
CN103276242A (zh) 一种超高强度钛合金及其制备方法
CN109439961A (zh) 一种高温合金丝材及其制备方法
CN111705277A (zh) 一种消除高温合金残余应力的方法
CN111306229A (zh) 一种小线径钛合金弹簧及其制备方法与应用
CN112538581A (zh) 一种1400MPa级低成本高强钛合金
CN108796303A (zh) 一种高强度耐疲劳钛合金棒丝材及其制备方法
CN102978541B (zh) 形状记忆晶相强韧化Ti基非晶复合材料及其制备方法
CN109306434A (zh) 一种冷冲压成形模具用钢及其制备方法与应用
CN103008995A (zh) 一种航天燃料用高强度钛合金气瓶的成型方法
CN111151695A (zh) 材料为30Cr2Ni4MoV的汽轮机用阀杆的锻造热处理工艺
CN109971997A (zh) 一种高强度高弹性钛合金及制备方法
CN108723251A (zh) 一种低刚度TiNi合金弹簧的制备工艺
CN108715986B (zh) 一种通过调节织构来提高奥氏体镍钛基形状记忆合金室温塑性的方法
CN102886646A (zh) 一种电镦式钢拉杆端头锻造工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant