[发明专利]一种弹簧用高强β钛合金丝材的制备方法

说明书

一种弹簧用β型钛合金丝材的制备方法，将β型钛合金铸锭自由锻造为Ф120～Ф150mm的棒材，然后无心车床车除氧化皮以及去除锻造裂纹；然后锻造为Ф40～Ф60mm的棒材，再轧制成Ф8～Ф9mm的棒材，采用无心车床将表面的氧化皮车除，修磨表面裂纹；然后于管式炉中在700℃～720℃，13～15m/min速度下连续加热形成氧化层，并在棒材出炉时采用拉拔模轻拉一次，同时在在丝材表面附着石墨乳；再经热拉拔，制备成Ф1.2～Ф3.2mm的丝材毛坯；固溶处理后抛光制备成Ф1.0～Ф3mm的丝材。本发明制备的β型钛合金丝材具有高强度(≥1300MPa)的特点，可解决钢制弹簧比强度低，不耐腐蚀等问题，满足航空航天用钛合金弹簧的要求。

技术领域

本发明属于钛合金材料加工领域，涉及一种弹簧用高强β钛合金丝材的制备方法。

背景技术

弹簧产品广泛应用于航空、航天、汽车等领域，航空弹簧虽然在飞机结构、器件、系统中多属小零件，但一旦断裂失效，往往会引起某种器件或某一系统功能的丧失，导致严重的后果。因此，航空用弹簧以安全可靠为第一要求。航空弹簧最初使用碳素钢制造，但由于在交变应力下，弹簧易产生腐蚀疲劳而断裂。随后不锈钢弹簧逐渐发展起来，18-8型奥氏体不锈钢与半奥氏体沉淀硬化不锈钢是最常见的弹簧不锈钢。随着新一代飞行器以减轻结构质量，缩小结构体积作为设计目标，钢制弹簧已不能适应材料减重、高飞机推重比和机动性能的需求。而钛合金具有弹性模量低、比强度高、耐腐蚀、耐疲劳等特点，因而在质量及占有空间受到严格限制及腐蚀环境下，钛合金是一种理想的弹簧材料。与钢弹簧相比，钛弹簧具有质量轻、体积小和共振频率高等优点，其密度和弹性模量只有钢弹簧的一半，而强度几乎与钢弹簧一样。

β型钛合金的丝材主要应用于航空航天紧固件，螺栓、螺钉等。β型钛合金丝材在固溶状态下还具有优良的冷塑性，可绕制为弹簧，固溶状态下室温拉伸强度可达900MPa以上。经时效后，弹簧强度可达到1300MPa以上。最高长期使用温度550℃，在550℃下强度可达600MPa以上。可用于飞机起落架的上下锁弹簧，门平衡弹簧，用于船舶领域时还具有耐腐蚀的特性，是一种理想的弹簧残料，目前国内未见有制备弹簧用β型钛合金丝材工艺的报道。

发明内容

为满足高强钛合金弹簧的应用需求，本发明目的是提供一种弹簧用β型钛合金丝材的生产方法，该方法制备的丝材成品直径为Ф1mm～Ф3mm，其成品状态为固溶、盘卷、抛光状态，开卷后能自由散开，便于弹簧的绕制生产。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种弹簧用β型钛合金丝材的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：采用β型钛合金铸锭为原料，自由锻造为Ф120～Ф150mm的棒材，然后无心车床车除氧化皮以及去除锻造裂纹；

步骤2：将步骤1制备的棒材精锻成Ф40～Ф60mm的棒材，采用无心车床将表面的氧化皮车除，修磨表面裂纹；

步骤3：将步骤2制备的棒材轧制成Ф8～Ф9mm的棒材，采用无心车床将表面的氧化皮车除，修磨表面裂纹；

步骤4：将步骤3中经过表面处理的棒材于管式炉中在700℃～720℃，13～15m/min速度下连续加热形成氧化层，并在棒材出炉时采用拉拔模轻拉一次，同时在丝材表面附着石墨乳；

步骤5：将步骤4中的坯料经热拉拔，制备成Ф1.2～Ф3.2mm的丝材毛坯；

步骤6：将步骤5中拉拔的丝材进行固溶处理，固溶处理的同时在丝材两端持续施加拉力进行矫直；

步骤7：将步骤6中矫直的丝材进行表面抛光制备成Ф1.0～Ф3mm的丝材。

本发明进一步的改进在于，步骤1中，自由锻造的温度为1100℃～1170℃。

本发明进一步的改进在于，步骤2和3中，均采用砂轮机修磨表面裂纹。