CN111041274A - 一种钛合金自行车车架的制备方法 - Google Patents

一种钛合金自行车车架的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钛合金自行车车架的制备方法，属于自行车领域，其技术方案要点包括以下步骤：步骤1，按重量百分比组成称取以下原料：Al25％～30％，Mg3％～5％，Mn1％～2％，Zn1％～2％，Si0.4％～0.8％余量的Ti及不可避免的杂质，将原料投入高频熔炼炉中熔融处理，收集混合后的熔融状态下的混合液，备用；步骤2，取步骤1中留作备用的混合液挤压成型材，对其表面进行去皮处理，备用；步骤3，将步骤2中的型材分成两部分，对小部分型材性能进行检测，大部分型材投入熔炼炉熔炼。本发明具有能够对钛合金型材以及车架性能进行测试，得出性能更好的车架的效果。

Description

一种钛合金自行车车架的制备方法
技术领域
本发明涉及一种自行车车架，更具体地说它涉及一种钛合金自行车车架的制备方法。
背景技术
目前，我国非机动车的拥有量非常大，如自行车、电动车、三轮车等，随着人们生活质量和经济水平的提高，以自行车作为代步工具的人也越来越多，尤其是在共享单车出现后，人们都会选择这种环保且健康的方式出行。自行车行业在迅速发展的同时，人们对自行车的要求越来越高，尤其是在减重方面。当前，制作自行车车架的材主要有钢材、碳纤维、铝合金、钛合金等，铝合金材质在加工过程中所需的温度较高，熔炼成本也较高，且在处理过程中对环境产生较大的污染。
钛及钛合金管材因具有较轻的重量、较大的强度、较好的弹性以及良好的耐高温耐腐蚀性已被广泛的开发和利用，但是现有的钛合金制备方法大多注重如何制备处钛合金材料、但是在实际的制备过程中，钛合金制备得到车架整体强度问题却被人们所忽略，经常会出现钛合金材料整体性能良好，而车架整体性能较差的现象。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种钛合金自行车车架的制备方法，其优点在于对钛合金型材以及车架性能进行测试，得出性能更好的车架。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种钛合金自行车车架的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按重量百分比组成称取以下原料：Al25％～30％，Mg3％～5％，Mn1％～2％，Zn1％～2％，Si0.4％～0.8％余量的Ti及不可避免的杂质，将原料投入高频熔炼炉中熔融处理，收集混合后的熔融状态下的混合液，备用；
步骤2，取步骤1中留作备用的混合液挤压成型材，对其表面进行去皮处理，备用；
步骤3，将步骤2中的型材分成两部分，对小部分型材性能进行检测，大部分型材投入熔炼炉熔炼；
步骤4，对铸型模具进行预热，预热温度在450℃，然后将步骤3中熔炼的型材用预热后的铸型模具进行铸型，得到钛合金构件，备用；
步骤5，将步骤4中的钛合金构件实施淬火处理，固溶处理在350℃以上下的温度范围进行，然后对钛合金构件进行淬火处理，从而使冷却速度在30℃/秒以上急冷处理，用打磨机进行平整打磨，使其表面平整光滑，收集钛合金构件，留作备用；
步骤6，将步骤5中的钛合金构件进行焊接，得到钛合金车架，并对车架性能进行检测；
步骤7，将型材性能测试与步骤6中的钛合金车架性能测试结果结合，分析是否能够达到自行车对性能的要求，如能够达到，则生产自行车，并进一步对其性能进行测试；
步骤8，对其性能测试后，符合要求的，对其表面进行平整处理，涂抹保护层，由此得到钛合金自行车车架。
通过采用上述技术方案，通过对一部分型材的性能进行测试，另一部分型材用于车架的制作，对所制作成的车架的性能进行测试，并将型材性能测试与车架性能测试结果结合，分析是否能够达到自行车对性能的要求，如能够达到，则可量产自行车车架，若车架整体性能较型材性能表现较差时，可根据实验判断步骤中需要改进的过程，然后选择一个最优的方式进行改进，从而可使车架的整体性能更好。
本发明进一步设置为：步骤1中铸造时熔融温度在800℃～1000℃，熔炼时间15-25min。
通过采用上述技术方案，满足原材料中各组分的熔点要求，使原材料中各成分熔炼混合更加彻底，制得的型材性能更加优越。
本发明进一步设置为：步骤2中采用热挤压方法挤压成型，胚料外径控制在90mm，长度控制在300mm，挤压杆速度控制在2-3mm/s，温度控制在480℃。
通过采用上述技术方案，使用热挤压方式制备胚料，成型更快，且成型效果更好。
本发明进一步设置为：步骤3中熔炼炉熔炼保持温度在900-1000℃。
通过采用上述技术方案，温度保持在900-1000℃时，由于构成型材的各类金属元素熔点均小于该范围，因此能够保证型材熔炼的更加彻底。
本发明进一步设置为：步骤5中淬火处理分别选择使用喷雾、喷水和浸渍等的水冷方法。
通过采用上述技术方案，喷雾、喷水和浸渍均为水冷方式中的一种，而水冷冷却效果更好，且冷却用水后期可回收利用，成本较低。
本发明进一步设置为：步骤5中钛合金构件的焊接方式采用钨极氩弧焊方法，首先进行点焊，之后再进行全焊，全焊后进行焊缝处理。
通过采用上述技术方案，氩气具有极好的保护作用，能有效的隔绝周围空气，它本身既不与金属起化学反应，也不溶于金属，使得焊接过程中的冶金反应简单易控制，因此获得较高质量的焊缝提供良好条件，钨极电弧非常稳定，即使在很小电流情况下（<10A）仍可稳定燃烧，特别适用于薄板材料焊接。
本发明进一步设置为：步骤5全焊时采用二氧化碳和氩气混合气体保护焊。
通过采用上述技术方案，二氧化碳和氩气混合气体保护焊焊接效率高、抗锈能力强、焊接变形小、冷裂倾向小、熔池可见性好、以及适用于全位置焊接等优点，从而使车架的焊接效果更好。
本发明进一步设置为：步骤3中小部分型材的检测方式为采用韦氏硬度计测量钛合金材料强度。
通过采用上述技术方案，韦氏硬度计体积小、重量轻、可单手操作，可快速、方便、无损地测试材料硬度，对操作技能要求不高，非常适于在生产现场对材料进行快速硬度检测。
本发明进一步设置为：步骤6中车架性能检测采用水平力与垂直力可靠性测试方法，测试铝合金材料的可靠性。
通过采用上述技术方案，采用水平力与垂直力可靠性测试方法，可判断出车车架是否达到在研发、设计、制造中预期的质量目标，从而对产品整体进行评估，以确定产品可靠性寿命。
本发明进一步设置为：步骤6中可靠性测量温度在35℃以下进行。
通过采用上述技术方案，25℃符合正常室外天气，不会对车架性能的测量造成影响，使车架性能的测量精度更高。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、通过对一部分型材的性能进行测试，另一部分型材用于车架的制作，对所制作成的车架的性能进行测试，并将型材性能测试与车架性能测试结果结合，分析是否能够达到自行车对性能的要求，如能够达到，则可量产自行车车架，若车架整体性能较型材性能表现较差时，可根据实验判断步骤中需要改进的过程，然后选择一个最优的方式进行改进，从而可使车架的整体性能更好；
2、采用钨极氩弧焊方法进行电焊，能够隔绝周围空气，使得焊接过程中的冶金反应简单易控制，为获得较高质量的焊缝提供良好条件；
3、采用水平力与垂直力可靠性测试方法，可判断出车车架是否达到在研发、设计、制造中预期的质量目标，从而对产品整体进行评估，以确定产品可靠性寿命。
具体实施方式
以下是对本发明的技术方案作进一步详细说明。
一种钛合金自行车车架的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按重量百分比组成称取以下原料：Al25％～30％，Mg3％～5％，Mn1％～2％，Zn1％～2％，Si0.4％～0.8％余量的Ti及不可避免的杂质，将原料投入高频熔炼炉中熔融处理，收集混合后的熔融状态下的混合液，备用；
步骤2，取步骤1中留作备用的混合液挤压成型材，对其表面进行去皮处理，备用；
步骤3，将步骤2中的型材分成两部分，对小部分型材性能进行检测，大部分型材投入熔炼炉熔炼；
步骤4，对铸型模具进行预热，预热温度在450℃，然后将步骤3中熔炼的型材用预热后的铸型模具进行铸型，得到钛合金构件，备用；
步骤5，将步骤4中的钛合金构件实施淬火处理，固溶处理在350℃以上下的温度范围进行，然后对钛合金构件进行淬火处理，从而使冷却速度在30℃/秒以上急冷处理，用打磨机进行平整打磨，使其表面平整光滑，收集钛合金构件，留作备用；
步骤6，将步骤5中的钛合金构件进行焊接，得到钛合金车架，并对车架性能进行检测；
步骤7，将型材性能测试与步骤6中的钛合金车架性能测试结果结合，分析是否能够达到自行车对性能的要求，如能够达到，则生产自行车，并进一步对其性能进行测试；
步骤8，对其性能测试后，符合要求的，对其表面进行平整处理，涂抹保护层，由此得到钛合金自行车车架。
进一步的，步骤1中铸造时熔融温度在800℃～1000℃，熔炼时间15-25min，该温度设置满足原材料中各组分的熔点要求，使原材料中各成分熔炼混合更加彻底，制得的型材性能更加优越。
进一步的，步骤2中采用热挤压方法挤压成型，胚料外径控制在90mm，长度控制在300mm，挤压杆速度控制在2-3mm/s，温度控制在480℃，使用热挤压方式制备胚料，成型更快，且成型效果更好。
进一步的，步骤3中熔炼炉熔炼保持温度在900-1000℃，温度保持在900-1000℃时，由于构成型材的各类金属元素熔点均小于该范围，因此能够保证型材熔炼的更加彻底。
进一步的，步骤5中淬火处理分别选择使用喷雾、喷水和浸渍等的水冷方法，喷雾、喷水和浸渍均为水冷方式中的一种，而水冷冷却效果更好，且冷却用水后期可回收利用，成本较低；步骤5中钛合金构件的焊接方式采用钨极氩弧焊方法，首先进行点焊，之后再进行全焊，全焊后进行焊缝处理，氩气具有极好的保护作用，能有效的隔绝周围空气，它本身既不与金属起化学反应，也不溶于金属，使得焊接过程中的冶金反应简单易控制，因此获得较高质量的焊缝提供良好条件，钨极电弧非常稳定，即使在很小电流情况下（<10A）仍可稳定燃烧，特别适用于薄板材料焊接。
进一步的，步骤5全焊时采用二氧化碳和氩气混合气体保护焊，二氧化碳和氩气混合气体保护焊焊接效率高、抗锈能力强、焊接变形小、冷裂倾向小、熔池可见性好、以及适用于全位置焊接等优点，从而使车架的焊接效果更好。
进一步的，步骤3中小部分型材的检测方式为采用韦氏硬度计测量钛合金材料强度，韦氏硬度计体积小、重量轻、可单手操作，可快速、方便、无损地测试材料硬度，对操作技能要求不高，非常适于在生产现场对材料进行快速硬度检测。
进一步的，步骤6中车架性能检测采用水平力与垂直力可靠性测试方法，测试铝合金材料的可靠性，采用水平力与垂直力可靠性测试方法，可判断出车车架是否达到在研发、设计、制造中预期的质量目标，从而对产品整体进行评估，以确定产品可靠性寿命，步骤6中可靠性测量温度在35℃以下进行，25℃符合正常室外天气，不会对车架性能的测量造成影响，使车架性能的测量精度更高。
上述方法通过对一部分型材的性能进行测试，另一部分型材用于车架的制作，对所制作成的车架的性能进行测试，并将型材性能测试与车架性能测试结果结合，分析是否能够达到自行车对性能的要求，如能够达到，则可量产自行车车架，若车架整体性能较型材性能表现较差时，可根据实验判断步骤中需要改进的过程，然后选择一个最优的方式进行改进，从而可使车架的整体性能更好。
实施例1
一种钛合金自行车车架的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按重量百分比组成称取以下原料：Al25％，Mg3％～5％，Mn1％，Zn1％～2％，Si0.4％，余量的Ti及不可避免的杂质，将原料投入高频熔炼炉中熔融处理，收集混合后的熔融状态下的混合液，备用；
步骤2，取步骤1中留作备用的混合液挤压成型材，对其表面进行去皮处理，备用；
步骤3，将步骤2中的型材分成两部分，对小部分型材性能进行检测，大部分型材投入熔炼炉熔炼；
步骤4，对铸型模具进行预热，预热温度在450℃，然后将步骤3中熔炼的型材用预热后的铸型模具进行铸型，得到钛合金构件，备用；
步骤5，将步骤4中的钛合金构件实施淬火处理，固溶处理在350℃以上下的温度范围进行，然后对钛合金构件进行淬火处理，从而使冷却速度在30℃/秒以上急冷处理，用打磨机进行平整打磨，使其表面平整光滑，收集钛合金构件，留作备用；
步骤6，将步骤5中的钛合金构件进行焊接，得到钛合金车架，并对车架性能进行检测；
步骤7，将型材性能测试与步骤6中的钛合金车架性能测试结果结合，分析是否能够达到自行车对性能的要求，如能够达到，则生产自行车，并进一步对其性能进行测试；
步骤8，对其性能测试后，符合要求的，对其表面进行平整处理，涂抹保护层，由此得到钛合金自行车车架。
实施例2-实施例4
以下为实施例2-实施例4，其制备方法与实施例1相同，仅存在有组分含量的调整（单位wt%）。
Figure 831143DEST_PATH_IMAGE001
通过实施例1-实施例4制得若干自行车车架，每组实施例抽取10个自行车车架为一组进行以下测试：
强度测试：采用韦氏硬度计测量车架材料强度；
延伸率测试：该合金的热挤压管材的在25摄氏度的实验条件下，抗拉强度高达480MPa，延伸率大于10％，挤压性能和焊接性能均能满足自行车架生产需要；
抗疲劳测试：进行欧盟标准化委员会公布的自行车安全标准规定的脚蹬力疲劳实验18万次以上不破坏(达到10万次即为合格)。
测定结果如下表：
Figure 125114DEST_PATH_IMAGE002
由上表可见，在逐渐增大Si、Mg、Mn、Zn、Al含量的条件下，材料反应后一般存在Si剩余，可有效提高钛合金车架的强度。
实施例5-实施例6
实施例5-实施例6的组分含量与实施例4的组分含量相同，仅存在固溶温度的调整。
Figure 419698DEST_PATH_IMAGE003
采用上述测试方法对其性能进行测试，测量结果如下：
Figure 955853DEST_PATH_IMAGE004
由上表可见，通过对车架强度的影响进行了分析，发现固溶温度与时效温度对材料抗拉强度的影响最为显著，在固溶温度为900℃时，车架的性能最佳。
得出结论，钛合金材料中，Si、Mg、Mn、Zn、Al含量的提高，可有效增强车架的强度，将固溶温度设定在900℃，可使铝合金材料的强度、抗拉强度、延伸率均达到最高，采用该加工工艺，可有效增强自行车的使用性能，延长其使用寿命。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钛合金自行车车架的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，按重量百分比组成称取以下原料：Al25％～30％，Mg3％～5％，Mn1％～2％，Zn1％～2％，Si0.4％～0.8％余量的Ti及不可避免的杂质，将原料投入高频熔炼炉中熔融处理，收集混合后的熔融状态下的混合液，备用；
步骤2，取步骤1中留作备用的混合液挤压成型材，对其表面进行去皮处理，备用；
步骤3，将步骤2中的型材分成两部分，对小部分型材性能进行检测，大部分型材投入熔炼炉熔炼；
步骤4，对铸型模具进行预热，预热温度在450℃，然后将步骤3中熔炼的型材用预热后的铸型模具进行铸型，得到钛合金构件，备用；
步骤5，将步骤4中的钛合金构件实施淬火处理，固溶处理在350℃以上下的温度范围进行，然后对钛合金构件进行淬火处理，从而使冷却速度在30℃/秒以上急冷处理，用打磨机进行平整打磨，使其表面平整光滑，收集钛合金构件，留作备用；
步骤6，将步骤5中的钛合金构件进行焊接，得到钛合金车架，并对车架性能进行检测；
步骤7，将型材性能测试与步骤6中的钛合金车架性能测试结果结合，分析是否能够达到自行车对性能的要求，如能够达到，则生产自行车，并进一步对其性能进行测试；
步骤8，对其性能测试后，符合要求的，对其表面进行平整处理，涂抹保护层，由此得到钛合金自行车车架。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金自行车车架的制备方法，其特征在于：步骤1中铸造时熔融温度在800℃～1000℃，熔炼时间15-25min。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金自行车车架的制备方法，其特征在于：步骤2中采用热挤压方法挤压成型，胚料外径控制在90mm，长度控制在300mm，挤压杆速度控制在2-3mm/s，温度控制在480℃。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金自行车车架的制备方法，其特征在于：步骤3中熔炼炉熔炼保持温度在900-1000℃。
5.根据权利要求1所述的一种钛合金自行车车架的制备方法，其特征在于：步骤5中淬火处理分别选择使用喷雾、喷水和浸渍等的水冷方法。
6.根据权利要求1所述的一种钛合金自行车车架的制备方法，其特征在于：步骤5中钛合金构件的焊接方式采用钨极氩弧焊方法，首先进行点焊，之后再进行全焊，全焊后进行焊缝处理。
7.根据权利要求6所述的一种钛合金自行车车架的制备方法，其特征在于：步骤5全焊时采用二氧化碳和氩气混合气体保护焊。
8.根据权利要求1所述的一种钛合金自行车车架的制备方法，其特征在于：步骤3中小部分型材的检测方式为采用韦氏硬度计测量钛合金材料强度。
9.根据权利要求1所述的一种钛合金自行车车架的制备方法，其特征在于：步骤6中车架性能检测采用水平力与垂直力可靠性测试方法，测试铝合金材料的可靠性。
10.根据权利要求9所述的一种钛合金自行车车架的制备方法，其特征在于：步骤6中可靠性测量温度在35℃以下进行。
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CN114350993A (zh) * 2021-12-30 2022-04-15 安徽科蓝特铝业有限公司 一种应用于自行车车架的高强度铝合金生产工艺
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