[發明專利]一種高疲勞性能鈦合金彈簧的制備方法

有效

• 申請號: 201810546610.X
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108838301B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 張慧博;李紅恩;金偉;任德春
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B21F3/00
• 分類號: B21F3/00;C22C14/00;C22F1/18
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 崔曉蕾

本發明涉及一種高疲勞性能鈦合金彈簧的制備方法，屬于彈簧技術領域。所述彈簧材料為鈦合金，成分范圍為(wt.％)Al：2～5、Cr：3～9、V：6～12、Mo：2～16、Zr：2～8、Ti為余量。所制彈簧類型包括但不限于拉簧、壓簧和扭簧。該方法是將所述鈦合金棒材經多道次變形后，制備成所需尺寸和截面形狀的絲材繞制成彈簧，使用噴砂和/或噴丸的表面處理，使彈簧表面帶有一層均勻的壓應力強化層，從而提高鈦合金彈簧疲勞性能。

技術領域

本發明涉及鈦合金彈簧領域，特別提供一種高疲勞性能鈦合金彈簧的制備方法。

背景技術

鈦合金是一種重要的結構金屬，具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高的特點。發揮鈦合金的性能優勢，制備鈦合金彈簧是本領域的一個重點研究方向。本發明所述鈦合金具有優良的抗腐蝕性能，特別是在海水和海洋大氣中極高的抗蝕性，Mo元素的大量加入使得該合金在酸性和氯化物介質中具有更好的抗縫隙腐蝕性能，可用于艦載飛機、水上飛機以及沿海地區服役飛機的彈簧零件。現有鈦合金彈簧通常采用熱處理析出相強化的方式提高彈簧材料的強度，疲勞壽命＜10⁵。

目前，鈦合金彈簧在國外航空彈簧方面已經得到了成功的應用，典型應用是起落架上、下牽引裝置、艙門平衡裝置、飛行控制彈簧、飛機操縱桿彈簧、踏板復位彈簧和液壓系統復位彈簧等。我國對鈦合金彈簧的開發和研制仍然處于起步階段。

本發明通過巧妙的結構設計和系統的工藝控制，發明出一種簡單而有效的高疲勞性能鈦合金彈簧的制備方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種組織均勻穩定、表面質量好，高疲勞壽命的鈦合金彈簧制備方法，該方法可使鈦合金彈簧疲勞壽命提高10倍以上。

本發明技術方案如下：

一種高疲勞性能鈦合金彈簧的制備方法，其特征在于：將鈦合金棒材經多道次變形后，制備成所需尺寸和截面形狀的絲材繞制成彈簧，經噴砂和/或噴丸的表面處理使彈簧表面帶有一層均勻的壓應力層，從而獲得高疲勞性能鈦合金彈簧；其中，所述鈦合金為亞穩β鈦合金，其成分范圍為質量百分比：Al：2～5、Cr：3～9、V：6～12、Mo：2～16、Zr：2～8、Ti余量，優選為Al：3～5、Cr：5～9、V：7～9、Mo：3～8、Zr：3～6、Ti余量。

本所述鈦合金中，Mo元素的大量加入使得該合金在酸性和氯化物介質中具有更好的抗縫隙腐蝕性能。該合金的Mo當量大于16，因此β相穩定，在加工過程中極易實現β相條件下的冷加工變形；該鈦合金具有良好的熔煉、熱加工和冷加工的工藝性能和良好的冷成形性，時效強化效應明顯，可通過改變熱處理制度使合金得到不同的強度和塑性匹配。

本發明所述高疲勞性能鈦合金彈簧的制備方法，其特征在于：所述鈦合金棒材是其鍛料經熱加工、固溶處理、無心磨工序制備而成，其中熱加工溫度介于600℃～1200℃，固溶處理溫度介于700℃～900℃，處理時間0.5～3小時。優選為：熱加工溫度介于700℃～1200℃，固溶處理溫度介于800℃～880℃，處理時間0.5～1.5小時。

本發明所述高疲勞性能鈦合金彈簧的制備方法，其特征在于：繞簧絲材是由棒材經冷變形制備而成，冷變形方法為冷拉、冷軋、冷旋鍛中一種或兩種方法相結合，單道次冷變形量不大于15％，總變形量不大于70％。

本發明所述高疲勞性能鈦合金彈簧的制備方法，其特征在于：對繞制成的彈簧進行時效處理，處理溫度介于400℃～600℃，處理時間4～14小時；優選為480℃～580℃溫度下處理6～12小時。

本發明所述高疲勞性能鈦合金彈簧的制備方法，其特征在于：時效后的彈簧進行噴砂和/或噴丸處理，噴砂空氣壓力介于0.2MPa～1.0MPa，噴丸強度介于0.1A～0.6A，表面覆蓋率介于100％～800％。

本發明所述高疲勞性能鈦合金彈簧的制備方法，其特征在于：制備得到所述高疲勞性能鈦合金彈簧的疲勞壽命≥10⁵。