[发明专利]一种低成本钛合金弹簧及其制备方法与应用

说明书

本发明属于弹簧技术领域，具体涉及一种低成本钛合金弹簧及其制备方法与应用；所述低成本钛合金弹簧，其制备材料采用α～β型钛合金，由包括如下重量份的组分制备得到：Al：3～7份、V：1～6份、Fe：≤2.5份、C：≤0.2份、N：≤0.1份、H：≤0.02份、O：≤0.4份、Ti余量。本发明所述弹簧制备成本低，在较高温度、高盐碱条件下具有较好耐腐蚀性能；重量比弹簧钢减轻约40％；弹簧线径最大可以制作超过45mm；而且本发明所述的弹簧耐疲劳性好，疲劳寿命可以≥50万次。

技术领域

本发明属于弹簧技术领域，具体涉及一种低成本钛合金弹簧及其制备方法与应用。

背景技术

国内弹簧的主要材料为弹簧钢材质。传统弹簧钢材质弹簧耐腐蚀性差，不能在较高温度、高盐碱条件等极端环境条件下长久耐腐蚀。钛合金是一种重要的结构金属，其具有比强度高，耐腐蚀性好、耐热性好等优点。发挥钛合金的性能优势，制备钛合金弹簧是本领域重要的研究方向。

目前，钛合金弹簧在国外航空领域得到成功的应用，典型的应用是飞机起落架上、下牵引装置、舱门平衡装置、飞行控制弹簧、飞机操纵杆弹簧、踏板复位弹簧等。我国对于钛合金弹簧的开发和研究仍然处于起步阶段。

现阶段，国内通常采用β类钛合金作为钛合金弹簧的原材料，β类钛合金除具备上述一切钛合金的优点外，其较高的抗拉强度也使其在钛合金弹簧领域具有不可替代的优势，但是同时，也由于β类钛合金强度较大，使其较难进行扒皮、抛光处理。同时，由于β类钛合金里面有一定比例的Cr、V、Mo、Zr等较昂贵的元素加入，使其原材料成本大幅度增加。

综上所述，开发一种轻质、高性能、低成本的钛合金弹簧尤为必要。

发明内容

针对现有技术中的钛合金弹簧存在的成本高的问题，本发明提供一种低成本钛合金弹簧。

本发明所述的低成本钛合金弹簧，其制备材料采用α～β型钛合金，由包括如下重量份的组分制备得到：Al：3～7份、V：1～6份、Fe：≤2.5份、C：≤0.2份、N：≤0.1份、H：≤0.02份、O：≤0.4份、Ti余量。

本发明所述的低成本钛合金弹簧中不包含Cr、Mo、Zr等较昂贵的元素，仅通过Al、V、Fe、C、N、H、O、Ti之间的协同增效，即大幅度降低了其生产成本，又进一步实现了其高强度、高耐腐蚀性、高耐热性等性能优势。

为了进一步降低钛合金弹簧的成本、提高其各方面性能，本发明对钛合金弹簧的成分进一步优化，具体如下：

作为优选，所述低成本钛合金弹簧由包括如下重量份的组分制备得到：Al：5.5～6.8份，V：3.5～4.5份，Fe：≤0.3份，C：≤0.1份，N：≤0.05份，H：≤0.015份，O：≤0.2份，余量为Ti。

作为优选，所述低成本钛合金弹簧由包括如下重量份的组分制备得到：Al：3.5～4.5份，V：2.0～3.0份，Fe：1.2～1.8份，C：≤0.08份，N：≤0.03份，H：≤0.015份，O：0.2～0.3份，余量为Ti。

作为优选，所述低成本钛合金弹簧的线径为7～45mm。

作为优选，所述弹簧为螺旋压缩弹簧、螺旋拉伸弹簧、螺旋扭簧、扭杆弹簧或螺旋压缩组合弹簧。

本发明同时提供上述低成本钛合金弹簧的制备方法；本发明经过大量的试验研究、发现，通过控制制备钛合金弹簧的工艺参数可有效避免弹簧固溶时易变形的情况，同时使弹簧材料强度达到所需要的水平，进而保障了钛合金弹簧的各方面优异性能。

具体而言，所述制备方法包括如下步骤：将各组分混合物进行多道次锻造轧制加工得棒材，将所述棒材进行如下处理：

1)退火处理，退火温度为700～850℃，退火时间为30～120min；