[發明專利]一種Ti3

有效

• 申請號: 201811264734.5
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109504874B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 譚啟明;曹京霞;周毅;張明達;隋楠
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22F1/02;C22F1/18;B23P15/00;C21D9/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

本發明是一種Ti₃Al合金螺栓的制備方法，該方法包括的步驟如下：桿料成型、固溶處理、機加工、鐓頭、螺紋加工、真空時效，與現有技術相比，該螺栓制備工藝簡單，性能優異，尤其在600℃～700℃高溫下，其拉伸和剪切強度顯著高于普通鈦合金螺栓，密度約4.9g/cm³顯著低于目前同溫度下使用的高溫合金。

技術領域

本發明是一種Ti₃Al合金螺栓的制備方法，屬于緊固件技術領域。

背景技術

作為緊固件和連接件，螺栓是在工業生產中必不可少的一部分，被稱為工業之米。隨著航空航天工業的進一步發展，螺栓使用的環境越來越惡劣，不僅要承受航天器加速時的巨大載荷還處于較高的工作溫度。若采用普通材質的螺栓，其高溫力學性能難以達到設計要求，而使用Ni基Fe基等高溫合金又將造成航天器自重增加，從而降低其運載能力。鈦合金由于其優異的比強度和耐腐蝕性能大量應用于航空航天工業，但常規鈦合金工作溫度一般不高于600℃。 Ti₃Al合金在600℃以上的環境中擁有優于常規鈦合金拉伸、剪切、蠕變以及抗氧化性能，是未來新一代航空航天緊固件的理想材料。

Ti₃Al合金相轉變復雜，通常狀態下材料呈脆性塑性低，塑性加工難度高，而機加工螺紋和螺栓頭部對原料損耗大，經濟效益低。

發明內容

本發明正是針對上述現有技術中存在的不足而設計提供了一種Ti₃Al合金螺栓的制備方法，其目的是通過合理安排熱處理與塑性加工工藝，可加工出性能優異、組織均勻的Ti₃Al合金螺栓。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

該種Ti₃Al合金螺栓的制備方法，其特征在于：該方法使用的Ti₃Al合金的化學成分及重量百分比為：

Al：10.5％～13.5％，Nb：26.0％～31.0％，Mo：1.5％～4.0％，余量為Ti和不可避免的雜質元素；其中不可避免的雜質元素為Fe、Si、C、O、N、H，Fe≤0.3％， Si≤0.15％，C≤0.15％，O≤0.15％，N≤0.05％，H≤0.0125％；該方法的步驟如下：

步驟一、桿料成型：將鑄錠在快鍛機上開坯鍛造，拔長成直徑不大于60mm 的圓棒，鍛造溫度1050℃～1100℃，然后將圓棒經由軋機熱軋成螺栓桿料所需直徑的棒材或線材，熱軋溫度為1050℃～1100℃，再截斷成螺栓桿料所需的長度，得到螺栓桿料；

步驟二、固溶處理：將螺栓桿料在920℃～980℃的溫度下保溫60～90min；

步驟三、機加工：將螺栓桿料機加工得到光潔表面并將螺紋長度加工至滾絲前所需的直徑；

步驟四、鐓頭：對螺栓桿料頭部采用熱墩頭加工成型，加熱溫度為700℃～ 900℃；

步驟五、螺紋加工：為避免工件冷卻降溫和加工硬化導致的塑性降低，螺紋加工前采用感應加熱方式將螺栓桿料加熱到550℃～750℃，停止加熱后的 10s內通過滾絲機加工出螺紋，得到螺栓；

步驟六、真空時效：將成型后的螺栓在800℃～850℃下時效60～90min，真空度≤0.01Pa。

進一步，步驟一中開坯鍛造的每火次變形量超過30％。

進一步，步驟五中滾絲機的滾絲加工參數中的進給速度≥1.5mm/s。