[发明专利]一种自行车用新型钛合金Ti421管材及其加工方法

说明书

一种自行车用新型钛合金Ti421管材及其加工方法，钛合金Ti421材料合金成分按重量百分数计为：Al：3.5%‑4.5%，V：1.5%‑2.5%，Fe：1.0%‑1.5%，O：0.15%‑0.25%，C≤0.08%，N≤0.03%，H≤0.015%，余量为Ti，其它单一杂质元素≤0.10%，其他杂质总量≤0.30%，采用二级海绵钛，Al‑V、钛铁或铁钉等中间合金、二氧化钛，配料、混料、压制成电极，在真空自耗电弧炉中进行二次熔炼，铸锭经加热，锻至挤压管坯用棒材；管坯经除油、退火、酸洗等工序得到冷轧管材坯料，本发明提高合金的塑性，解决中等强度钛合金管材的冷加工变形容易开裂的难加工技术问题。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，特别涉及一种自行车用新型钛合金Ti421管材及其加工方法。

背景技术

钛金属材料因具有重量轻、强度高、弹性好、抗冲击、疲劳性能好、耐腐蚀永不生锈的特性，广泛应用于自行车领域。

自行车特别是赛车，要求重量轻、刚度好并且冲击性能好。重量轻可以提高速度，并在长距离运动时降低体力消耗。刚度好的车架有利于驱动力的转换，并提高操作性能。冲击吸收性好的车架可以较好地减缓来自路面的冲击，从而减轻车手的疲劳。

目前自行车行业使用的钛合金管材主要是以TA18（Ti-3Al-2.5V）和TC4（Ti-6Al-4V）无缝管为主，其中TA18材料占了钛合金自行车车架材料80-90%的用量。TC4（Ti-6Al-4V）无缝管可以满足较高强度的需求，但由于冷成形性能差和制造成本高等原因所占比例比较低。

国内发明专利钛-铝-钒合金的加工及由其制造的产品中国专利CN 1816641A涉及一种由α-β钛合金形成制品的方法，该钛合金包括以重量百分数计为约2.9至约5.0铝，约2.0至约3.0的钒，约0.4至约2.0的铁，约0.2至约0.3的氧，约0.005至约0.3的碳，约0.001至约0.02的氮，及小于约0.5的其它元素，该方法包括冷加工α-β钛合金。但α-β钛合金制品的屈服强度和工艺塑性及其综合性能还不太理想。

发明内容

本发明的目的是针对现有自行车用钛合金管材存在的不足之处，提供一种屈服强度高，工艺塑性好，工艺简单，各种综合性能优良的自行车用新型钛合金Ti421管材及其加工方法。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案为：

一种自行车用新型钛合金Ti421管材，钛合金Ti421材料各组分及配比为：Al：3.5-4.5%，V：1.5-2.5%，Fe：1-1.5%，O：0.15-0.25%，余量为Ti和不可避免的杂质，采用二级海绵钛，Al-V、钛铁或铁钉等中间合金、二氧化钛，按上述重量百分比配料、混料、压制成电极，在真空自耗电弧炉中进行二次熔炼，铸锭规格为Φ600×Lmm；铸锭经980～1050℃加热，保温1.5小时，加热1000℃锻至Φ220mm的挤压管坯用棒材；棒坯经钻孔后，在3500吨挤压成Φ72×8mm的管坯，管坯经除油、退火、酸洗等工序得到冷轧管材坯料，管材在冷轧轧管机上，冷轧成Φ39×1.8mm成品管材。

一种自行车用新型钛合金Ti421管材的加工方法，该方法的加工工序如下：

铸锭制备→锻造制备棒坯→热挤压制备管坯→管材冷轧→管坯表面处理→除油处理→中间和成品热处理→成品管材。

所述的铸锭制备为：采用海绵钛、中间合金、二氧化钛按照质量配比进行配料和压制电极块，电极块进行组合焊接制备一次电极，然后进行两次真空自耗电弧熔炼制备成Φ300～900×Lmm铸锭。

所述的锻造制备棒坯为：采用快锻机对铸锭进行开坯和棒坯锻造，开坯加热前对铸锭表面进行涂层处理，锻造开坯温度为950～1050℃，保温1～2小时，锻造比2～10，终锻温度≥800℃，棒坯锻造温度为850～1000℃，保温1～2小时，锻造比2～6，终锻温度≥750℃，棒坯规格为直径150～300×L mm，棒坯锻造火次为1～7火次。