专利摘要

本发明涉及一种高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，属于弹簧技术领域。所述弹簧材料为钛合金，成分范围为(wt.％)Al：2～5、Cr：3～9、V：6～12、Mo：2～16、Zr：2～8、Ti为余量。所制弹簧类型包括但不限于拉簧、压簧和扭簧。该方法是将所述钛合金棒材经多道次变形后，制备成所需尺寸和截面形状的丝材绕制成弹簧，使用喷砂和/或喷丸的表面处理，使弹簧表面带有一层均匀的压应力强化层，从而提高钛合金弹簧疲劳性能。

权利要求

1.一种高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，所述钛合金为亚稳β钛合金，其成分范围为质量百分比：Al：2～5、Cr：3～9、V：6～12、Mo：2～16、Zr：2～8、Ti余量；其特征在于：

将钛合金棒材经多道次变形后，制备成所需尺寸和截面形状的丝材绕制成弹簧，经喷砂和/或喷丸的表面处理使弹簧表面带有一层均匀的压应力层，从而获得高疲劳性能钛合金弹簧；

钛合金棒材是其锻料经热加工、固溶处理、无心磨工序制备而成，其中热加工温度介于600℃～1200℃，固溶处理温度介于700℃～900℃，处理时间0.5~3小时；

绕簧丝材是由棒材经冷变形制备而成，冷变形方法为冷轧、冷旋锻中一种或两种方法相结合，单道次冷变形量不大于15%，总变形量不大于70%；

对绕制成的弹簧进行时效处理，处理温度介于400℃～600℃，处理时间4~10小时；

时效后的弹簧进行喷砂和/或喷丸处理，喷砂空气压力介于0.2MPa～1.0MPa，喷丸强度介于0.1 A～0.6A，表面覆盖率介于100%～800%；

所述高疲劳性能钛合金弹簧的疲劳寿命大于105。

2.按照权利要求1所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：所述弹簧为拉簧、压簧或扭簧。

3.按照权利要求1所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：所述钛合金的成分范围为质量百分比：Al：3～5、Cr：5～9、V：7～9、Mo：3～8、Zr：3～6、Ti余量。

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金弹簧领域，特别提供一种高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法。

背景技术

钛合金是一种重要的结构金属，具有强度高、耐蚀性好、耐热性高的特点。发挥钛合金的性能优势，制备钛合金弹簧是本领域的一个重点研究方向。本发明所述钛合金具有优良的抗腐蚀性能，特别是在海水和海洋大气中极高的抗蚀性，Mo元素的大量加入使得该合金在酸性和氯化物介质中具有更好的抗缝隙腐蚀性能，可用于舰载飞机、水上飞机以及沿海地区服役飞机的弹簧零件。现有钛合金弹簧通常采用热处理析出相强化的方式提高弹簧材料的强度，疲劳寿命＜105。

目前，钛合金弹簧在国外航空弹簧方面已经得到了成功的应用，典型应用是起落架上、下牵引装置、舱门平衡装置、飞行控制弹簧、飞机操纵杆弹簧、踏板复位弹簧和液压系统复位弹簧等。我国对钛合金弹簧的开发和研制仍然处于起步阶段。

本发明通过巧妙的结构设计和系统的工艺控制，发明出一种简单而有效的高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组织均匀稳定、表面质量好，高疲劳寿命的钛合金弹簧制备方法，该方法可使钛合金弹簧疲劳寿命提高10倍以上。

本发明技术方案如下：

一种高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：将钛合金棒材经多道次变形后，制备成所需尺寸和截面形状的丝材绕制成弹簧，经喷砂和/或喷丸的表面处理使弹簧表面带有一层均匀的压应力层，从而获得高疲劳性能钛合金弹簧；其中，所述钛合金为亚稳β钛合金，其成分范围为质量百分比：Al：2～5、Cr：3～9、V：6～12、Mo：2～16、Zr：2～8、Ti余量，优选为Al：3～5、Cr：5～9、V：7～9、Mo：3～8、Zr：3～6、Ti余量。

本所述钛合金中，Mo元素的大量加入使得该合金在酸性和氯化物介质中具有更好的抗缝隙腐蚀性能。该合金的Mo当量大于16，因此β相稳定，在加工过程中极易实现β相条件下的冷加工变形；该钛合金具有良好的熔炼、热加工和冷加工的工艺性能和良好的冷成形性，时效强化效应明显，可通过改变热处理制度使合金得到不同的强度和塑性匹配。

本发明所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：所述钛合金棒材是其锻料经热加工、固溶处理、无心磨工序制备而成，其中热加工温度介于600℃～1200℃，固溶处理温度介于700℃～900℃，处理时间0.5～3小时。优选为：热加工温度介于700℃～1200℃，固溶处理温度介于800℃～880℃，处理时间0.5～1.5小时。

本发明所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：绕簧丝材是由棒材经冷变形制备而成，冷变形方法为冷拉、冷轧、冷旋锻中一种或两种方法相结合，单道次冷变形量不大于15％，总变形量不大于70％。

本发明所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：对绕制成的弹簧进行时效处理，处理温度介于400℃～600℃，处理时间4～14小时；优选为480℃～580℃温度下处理6～12小时。

本发明所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：时效后的弹簧进行喷砂和/或喷丸处理，喷砂空气压力介于0.2MPa～1.0MPa，喷丸强度介于0.1A～0.6A，表面覆盖率介于100％～800％。

本发明所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：制备得到所述高疲劳性能钛合金弹簧的疲劳寿命≥105。

本发明所述高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法，其特征在于：所述弹簧优选为拉簧、压簧或扭簧。

本发明具有以下技术特点：

1、针对材料的组织稳定性特点，本发明在材料相组成为稳定β相时进行冷加工，易于成型，成型性好。

2、针对材料的组织演变规律，在丝材绕成弹簧后，通过时效处理控制组织组成与相分布，提高材料整体强度，从而提高弹簧的常规力学性能。

3、弹簧时效处理后，经喷砂和/或喷丸的表面处理使弹簧表面带有一层均匀的压应力强化层，由于表面压应力的存在，当弹簧承受载荷时可以抵消一部分应力，从而提高弹簧的疲劳性能。

具体实施方式

下面结合实例对本发明的具体实施方案作详细说明。需要指出的是，实例是用于说明本发明而不是对本发明的限制。本发明的保护范围与核心内容依据权利要求书加以确定。

实施例1

一种规格钛合金压簧的制备方法，所述钛合金的成分为(质量百分比)：Al：4.80、Cr：8.55、V：8.90、Mo：7.80、Zr：5.55、Ti为余量，弹簧线径4mm，中径38mm，有效圈数7.5。采用表1工艺流程制备，106周次循环疲劳前后弹簧的推力偏差≤±0.5％。

表1钛合金压簧的工艺流程表

实施例2

一种规格钛合金扭簧的制备方法，所述钛合金的成分为(质量百分比)：Al：3.25、Cr：5.30、V：7.50、Mo：5.60、Zr：3.35、Ti为余量，弹簧丝材10×10mm，有效圈数5。采用表2工艺流程制备，106周次循环疲劳前后弹簧的扭矩值变化≤±1％。

表2钛合金扭簧的工艺流程表

实施例3

一种规格钛合金拉簧的制备方法，所述钛合金的成分为(质量百分比)：Al：3.50、Cr：6.55、V：7.90、Mo：4.30、Zr：4.55、Ti为余量，弹簧线径8mm，中径65mm，有效圈数12。采用表3工艺流程制备，107周次循环疲劳前后弹簧的拉力偏差≤±1.2％。

表3钛合金拉簧的工艺流程表

实施例4

一种规格钛合金扭簧的制备方法，所述钛合金的成分为(质量百分比)：Al：4.10、Cr：5.90、V：7.20、Mo：3.20、Zr：4.15、Ti为余量，弹簧采用上边6×下边8×厚6mm梯形截面丝材，有效圈数6。采用表4工艺流程制备，106周次循环疲劳前后弹簧的扭矩值偏差≤±1.7％。

表4钛合金扭簧的工艺流程表

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

一种高疲劳性能钛合金弹簧的制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。