[发明专利]一种高强度耐疲劳钛合金棒丝材及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高强度耐疲劳钛合金棒丝材及其制备方法，属于金属材料加工领域。所述钛合金成分范围为(wt.％)Al：2～5、Cr：3～9、V：6～12、Mo：2～16、Zr：2～8、Ti为余量。具体制备方法为：采用多次真空自耗熔炼方式制备高纯铸锭，铸锭经开坯锻造、热加工、固溶处理后制备成完全β相的棒坯，之后采用控制冷加工变形量和变形方式的方法，配合时效、喷丸和/或喷砂处理工艺，制备得到所需尺寸和截面形状的α+β相的高强钛合金棒丝材。本发明所制得的钛合金棒丝材组织均匀、强度高、耐蚀性好、疲劳性能优良，适用于各种以钛合金棒丝材作为原料加工的相关领域使用。

技术领域

本发明涉及钛合金棒丝材制备领域，特别提供一种高强度耐疲劳钛合金棒丝材及其制备方法。

背景技术

钛合金具有高强度、低密度和极好的抗腐蚀能力，可用于石油、天然气和地热深海钻井管道零件、滨海构筑和舰船船体紧固件、高超音速民航客机关键零部件等，尤其是其优良的抗腐蚀性能，特别是在海水和海洋大气中极高的抗蚀性，可用于舰载飞机、水上飞机以及沿海地区服役飞机的结构件和弹簧零件等。其中弹簧零件对钛合金材料的疲劳寿命要求很高，现有钛合金棒丝材通常采用热处理析出相强化的方式提高材料的强度，疲劳寿命不超过10⁵。

本发明所述钛合金的元素组成中既有α相稳定元素Al，又有β相稳定元素Cr、Mo和V，属于一种亚稳β型钛合金。为获得一种高强度耐疲劳钛合金棒丝材，本发明在β相条件下实现不同程度的冷加工变形棒丝材，配以时效处理获得不同含量和分布α相的强化组织，最后加以喷砂和(或)喷丸的表面处理方法使棒丝材表面带有一层均匀的压应力强化层提高疲劳寿命，最终发明出一种简单有效的高强度耐疲劳钛合金棒丝材及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度耐疲劳钛合金棒丝材及其制备方法，以获得一种组织均匀稳定、耐蚀性好，疲劳寿命高的α+β型钛合金棒丝材，适用于各种以钛合金棒丝材作为原料加工的相关领域使用。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种高强度耐疲劳钛合金棒丝材，其特征在于：所述钛合金的成分范围为(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：4～7、V：7～9、Mo：3～7、Zr：3～5、Ti为余量。

本发明还提供了所述高强度耐疲劳钛合金棒丝材的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：

(1)、采用多次真空自耗熔炼方式制得铸锭；

(2)、铸锭经开坯锻造、热加工和固溶处理制成β相的棒坯，其中热加工温度介于800℃～1300℃，固溶处理温度介于750℃～950℃，处理时间0.5～4小时；

(3)、采用冷变形方法将棒坯制成钛合金棒丝材；

(4)、对钛合金棒丝材进行时效处理，处理温度介于450℃～650℃，处理时间7～12小时；

(5)、表面处理：棒丝材经喷砂和/或喷丸处理，最终获得高强度耐疲劳钛合金棒丝材。

作为优选的技术方案：

步骤(2)中，热加工温度介于900℃～1200℃，固溶处理温度介于790℃～930℃，处理时间0.5～2.0小时。

步骤(3)中，冷变形方法为冷轧和/或冷旋锻，单道次冷变形量不大于12％，总变形量不大于75％。

步骤(4)中，时效处理温度介于500℃～600℃，处理时间8～10小时。

步骤(5)中，喷砂空气压力介于0.1MPa～1.3MPa，喷丸强度介于0.1A～0.8A，表面覆盖率介于100％～600％。棒丝材经喷砂和/或喷丸的表面处理，使棒丝材表面带有一层均匀的压应力强化层，用以显著提高棒丝材的疲劳性能。