一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金的製作方法
2023-10-10 01:38:39
一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金，由以下質量百分比的成分組成：Al2.5%～3.5%，V1.0%～2.0%，Fe0.3%～2.0%，Cr0.6%～4.0%，餘量為Ti和不可避免的雜質。本發明鈦合金經熱處理後，在水平疲勞加載頻率f≤15Hz、拉力F1=1200N和壓力F2=600N條件下的疲勞壽命N≥50000次，滿足歐洲標準EN14766-2005的相關技術要求。本發明鈦合金與傳統的山地自行車車架用鈦合金相比，具有強度高、塑性好、疲勞性能高、生產成本低等優點，能夠明顯延長山地自行車的使用壽命，具有廣闊的應用前景。
【專利說明】一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金
【技術領域】
[0001]本發明屬於鈦合金材料【技術領域】，具體涉及一種山地自行車車架用高疲勞鈦合金。
【背景技術】
[0002]自1977年山地自行車發明以來，輕質、高強、長壽命一直是眾多山地自行車生產廠家追逐的目標。鈦合金因具有密度小、強度高、耐高低溫、耐腐蝕等眾多優點，特別是比強度高於鎂、鋁合金，因此是一直是自行車領域的研究發展方向，是理想的山地自行車車架用材料。
[0003]目前國外鈦制山地自行車製備技術相對成熟，多採用T1-3A1_2.5V鈦合金管材製備山地自行車車架，其綜合性能良好，但生產成本較高，製備的車架壁厚較厚，存在著產品重量大、成本高、壽命低等缺陷。
[0004]國內的關於鈦制山地自行車的研究已開展多年，儘管也選用T1-3A1_2.5V鈦合金製備車架本體，但一直無法突破輕質鈦制車架低周水平疲勞性能的考核瓶頸，即車架在水平疲勞加載頻率f≤15Hz、拉力F1=UOON'壓力F2=600N的條件下，其疲勞壽命N≥50000次的考核要求。
[0005]因此，亟需獲得一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金，利用其製備的山地自行車車架在水平疲勞加載頻率f ( 15Hz、拉力F1=UOON'壓力F2=600N條件下的疲勞壽命N ≥ 50000 次。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術的不足，提供一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金。該鈦合金經熱處理後，在水平疲勞加載頻率15Hz、拉力F1=UOON和壓力F2=600N條件下的疲勞壽命N≥50000次，滿足歐洲標準EN14766-2005的相關技術要求。
[0007]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是:一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金，其特徵在於，由以下質量百分比的成分組成:A12.5%-3.5%，V1.0%-2.0%，Fe0.3%-2.0%，Cr0.6%-4.0%，餘量為Ti和不可避免的雜質；所述山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金是指該鈦合金經熱處理後，在水平疲勞加載頻率f ( 15Hz、拉力F1=UOON和壓力F2=600N條件下的疲勞壽命N≥50000次。[0008]上述的一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金，其特徵在於，由以下質量百分比的成分組成:A13.0%，V1.7%，Fe0.5%，Crl.0%，餘量為Ti和不可避免的雜質。
[0009]上述的一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金，其特徵在於，由以下質量百分比的成分組成:A13.0%，V2.0%，Fel.0%，Cr2.0%，餘量為Ti和不可避免的雜質。
[0010]上述的一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金，其特徵在於，由以下質量百分比的成分組成:A13.2%，V1.5%，Fe0.75%，Crl.5%，餘量為Ti和不可避免的雜質。[0011]上述的一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金，其特徵在於，由以下質量百分比的成分組成:A12.8%，V1.3%，Fel.5%，Cr3.0%，餘量為Ti和不可避免的雜質。
[0012]上述的一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金，其特徵在於，由以下質量百分比的成分組成:A12.5%，V1.0%，Fe2.0%，Cr4.0%，餘量為Ti和不可避免的雜質。
[0013]上述的一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金，其特徵在於，由以下質量百分比的成分組成:A13.5%，V2.0%，Fe0.3%，Cr0.6%，餘量為Ti和不可避免的雜質。
[0014]上述的一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金，其特徵在於，該鈦合金中Fe與Cr的質量比為1: 2。
[0015]本發明山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金的製備方法為鈦合金的常規製備方法:首先根據需要選擇合適的原料，按設計成分混合壓制電極，用常規真空自耗電弧爐經二次或三次熔煉得到合金鑄錠，再將合金鑄錠扒皮並切去冒口和尾端後，在液壓鍛造機、鍛錘等自由鍛造設備上進行開坯鍛造和多火次鐓拔鍛造製成棒材，然後將棒材經常規雙包套熱擠壓或常規斜軋穿孔製成管坯，最後將管坯採用常規冷軋工藝製成山地自行車車架用成品管材。成品管材經熱處理後即可用於製作山地自行車車架。
[0016]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0017]1、本發明鈦合金強度與塑性優良，其室溫塑性與傳統的T1-3A12.5V鈦合金相當，強度比T1-3Al-2.5V鈦合金高200MPa-250MPa ；
[0018]2、本發明鈦合金通過以便宜的金屬鉻和鐵替代釩，降低貴金屬釩的含量，從而降低了成本，具有更優異的性價比；
[0019]3、採用本發明鈦合金製備的管材經熱處理後，其在水平疲勞加載頻率f ( 15Hz、拉力F1=UOON'壓力F2=600N的條件下，其疲勞壽命N≥50000次，滿足歐洲標準EN14766-2005的相關技術要求。
[0020]4、採用本發明鈦合金製備的山地自行車車架重量小於1.6Kg，具有輕質、高強、壽命長等顯著優點。
[0021]下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明。
【具體實施方式】
[0022]本發明山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金所涉及的原料包括鋁釩中間合金、電解鉻、海綿鈦、鋁豆、三氧化二鐵粉等，其中海綿鈦規格為O級或I級。本發明鈦合金的質量百分比組成為:A12.5% -3.5%, V1.0% -2.0%, Fe0.3% -2.0%, Cr0.6% -4.0%，餘量為Ti和不可避免的雜質；優選地，該鈦合金中Fe與Cr的質量比為1: 2。具體製備過程中，首先根據需要選擇合適的原料，按設計成分混合壓制電極，在常規真空自耗電弧爐中經二次或三次熔煉得到合金鑄錠，再將合金鑄錠扒皮並切去冒口和尾端後，在液壓鍛造機、鍛錘等自由鍛造設備上進行開坯鍛造以及多火次鐓拔鍛造製成棒材，然後將棒材經常規雙包套熱擠壓或常規斜軋穿孔製成管坯，最後將管坯採用常規冷軋工藝製成山地自行車車架用成品管材。成品管材經真空熱處理後即可用於製作山地自行車車架。開坯鍛造的加熱溫度為1050°C-1150°C，反覆墩拔鍛造的加熱溫度為Te-50°C-Te-30°C。真空熱處理的溫度為700-750°C，真空熱處理的時間為Ih-1.5h。經熱處理後的鈦合金管材在水平疲勞加載頻率f ( 15Hz、拉力F1=UOON和壓力F2=600N條件下的疲勞壽命N≥50000次，滿足歐洲標準EN14766-2005的相關技術要求。
[0023]實施例1
[0024]本實施例鈦合金的名義成分為:T1-3Al_l.7V-lCr-0.5Fe，即按重量百分比計為A13.0%, V1.7%, Fe0.5%, Crl.0%，餘量為Ti和不可避免的雜質。
[0025]本實施例鈦合金的製備方法為:按名義成分T1-3A1_1.7V-lCr-0.5Fe配料，原材料使用A1-55V中間合金、電解鉻、三氧化二鐵粉及鋁豆。混料後壓制電極，用真空自耗電弧爐熔煉二次獲得合金鑄錠。控制鑄錠雜質元素質量含量C<0.1%,N- 0.03%, H - 0.15%，0-0.15%。合金鑄錠經扒皮並切除冒口和尾端後，在自由鍛設備上，經1100°C開坯鍛造，在Te-50°C-Te-30°C進行多火次墩拔後鍛製成Φ 105mm棒材。棒材經常規雙包套熱擠壓或常規斜軋穿孔製備成Φ65ι?πιΧ5πιπι管還,管還在冷軋管機上常規冷軋製成山地自行車車架用管材成品。將成品管材於750V經1.5h的真空熱處理後可用於製作山地車車架。
[0026]成品管材經熱處理後，在水平疲勞試驗機上進行測試，在頻率f=2Hz、拉力F1=UOON'壓力F2=600N的條件下，其疲勞壽命實測N=73000次，滿足歐洲標準EN14766-2005的相關技術要求。
[0027]實施例2
[0028]本實施例鈦合金的名義成分為:T1-3Al-2V-2Cr_lFe，即按重量百分比計為A13.0%, V2.0%, Fel.0%, Cr2.0%，餘量為Ti和不可避免的雜質。
[0029]本實施例鈦合金的製備方法為:按名義成分T1-3Al-2V-2Cr_lFe配料，原材料使用A1-85V中間合金、電解鉻、三氧化二鐵粉及鋁豆。混料後壓制電極，用真空自耗電弧爐熔煉二次獲得合金鑄錠。控制鑄錠雜質元素含量CS0.1%，N-0.03%,H-0.15%，0-0.15%。鑄錠經扒皮並切除冒口和尾端後，在自由鍛設備上經1150°C開坯鍛造，在Te-50°C-Te-30°C進行多火次墩拔後鍛製成Φ 105mm棒材。棒材經常規雙包套熱擠壓或常規斜軋穿孔製備成Φ65πιπιΧ 5mm管坯，管坯在冷軋管機上常規冷軋製成山地自行車車架用管材成品。將成品管材於700°C經1.5h的真空熱處理後可用於製作山地車車架。
[0030]成品管材經熱處理後，在水平疲勞試驗機上進行測試，在頻率f=2Hz、拉力F1=UOON'壓力F2=600N的條件下，其疲勞壽命實測N=IOOOOO次，滿足歐洲標準EN14766-2005的相關技術要求。
[0031]實施例3
[0032]本實施例鈦合金的名義成分為:Ti_3.2A1-1.5V_1.5Cr_0.75Fe，即按重量百分比計為A13.2%, V1.5%, Fe0.75%, Crl.5%，餘量為Ti和不可避免的雜質。
[0033]本實施例鈦合金的製備方法為:按名義成分T1-3.2A1-1.5V_1.5Cr_0.75Fe配料，原材料使用A1-55V中間合金、電解鉻、三氧化二鐵粉及鋁豆。混料後壓制電極，用真空自耗電弧爐熔煉三次獲得合金鑄錠。控制鑄錠雜質元素含量C<0.1%,N- 0.03%, H - 0.15%，0-0.15%。鑄錠經扒皮並切除冒口和尾端後，在自由鍛設備上經1100°C開坯鍛造，在Te-5(TC-Te-3(rC進行多火次墩拔後鍛製成Φ135πιπι棒材。棒材經常規雙包套熱擠壓或常規斜軋穿孔製備成Φ65ι?πιΧ5πιπι管還，管還在冷軋管機上常規冷軋製成山地自行車車架用管材成品。將成品管材於750V經1.5h的真空熱處理後可用於製作山地車車架。
[0034]成品管材經熱處理後，在水平疲勞試驗機上進行測試，在頻率f=2Hz、拉力F1=UOON'壓力F2=600N的條件下，其疲勞壽命實測N=78000次，滿足歐洲標準EN14766-2005的相關技術要求。
[0035]實施例4
[0036]本實施例鈦合金的名義成分為:Ti_2.8A1-1.3V_3.0Cr-1.5Fe，即按重量百分比計為A12.8%, V1.3%, Fel.5%, Cr3.0%，餘量為Ti和不可避免的雜質。
[0037]本實施例鈦合金的製備方法為:按名義成分T1-2.8A1-1.3V_3.0Cr-1.5Fe配料，原材料使用A1-60V中間合金、電解鉻、三氧化二鐵粉及鋁豆。混料後壓制電極，用真空自耗電弧爐熔煉三次獲得合金鑄錠。控制鑄錠雜質元素含量C<0.1%,N≤0.03%, H ≤ 0.15%，0-0.15%。鑄錠經扒皮並切除冒口和尾端後，在自由鍛設備上經1100°C開坯鍛造，在Te-5(TC-Te-3(rC進行多火次墩拔後鍛製成Φ95πιπι棒材。棒材經常規雙包套熱擠壓或常規斜軋穿孔製備成Φ65mmX 5mm管坯，管坯在冷軋管機上常規冷軋製成山地自行車車架用管材成品。將成品管材於730°C經1.5h的真空熱處理後可用於製作山地車車架。
[0038]成品管材經熱處理後，在水平疲勞試驗機上進行測試，在頻率f=2Hz、拉力F1=UOON'壓力F2=600N的條件下，其疲勞壽命實測N=85000次，滿足歐洲標準EN14766-2005的相關技術要求。
[0039]實施例5 [0040]本實施例鈦合金的名義成分為:Ti_2.5A1-1.0V-1.0Cr-2.0Fe,即按重量百分比計為A12.5%, V1.0%, Fe2.0%, Cr4.0%，餘量為Ti和不可避免的雜質。
[0041]本實施例鈦合金的製備方法為:按名義成分T1-2.5A1-1.0V-1.0Cr-2.0Fe配料，原材料使用A1-80V中間合金、電解鉻、三氧化二鐵粉及鋁豆。混料後壓制電極，用真空自耗電弧爐熔煉三次獲得合金鑄錠。控制鑄錠雜質元素含量C<0.1%,N- 0.03%, H - 0.15%，0-0.15%。鑄錠經扒皮並切除冒口和尾端後，在自由鍛設備上經1100°C開坯鍛造，在Te-5(TC-Te-3(rC進行多火次墩拔後鍛製成Φ85πιπι棒材。棒材經常規雙包套熱擠壓或常規斜軋穿孔製備成Φ65mmX 5mm管坯，管坯在冷軋管機上常規冷軋製成山地自行車車架用管材成品。將成品管材於700°C經Ih的真空熱處理後可用於製作山地車車架。
[0042]成品管材經熱處理後，在水平疲勞試驗機上進行測試，在頻率f=2Hz、拉力F1=UOON'壓力F2=600N的條件下，其疲勞壽命實測N=72000次，滿足歐洲標準EN14766-2005的相關技術要求。
[0043]實施例6
[0044]本實施例鈦合金的名義成分為:Ti_3.5A1-2.0V-0.6Cr_0.3Fe，即按重量百分比計為A13.5%, V2.0%, Fe 0.3%, Cr0.6%，餘量為Ti和不可避免的雜質。
[0045]本實施例鈦合金的製備方法為:按名義成分T1-3.5A1-2.0V_0.6Cr_0.3Fe配料，原材料使用A1-50V中間合金、電解鉻、三氧化二鐵粉及鋁豆。混料後壓制電極，用真空自耗電弧爐熔煉三次獲得合金鑄錠。控制鑄錠雜質元素含量C<0.1%,N- 0.03%, H - 0.15%，0-0.15%。鑄錠經扒皮並切除冒口和尾端後，在自由鍛設備上經1100°C開坯鍛造，在Te-5(TC-Te-3(rC進行多火次墩拔後鍛製成Φ90πιπι棒材。棒材經常規雙包套熱擠壓或常規斜軋穿孔製備成Φ65mmX 5mm管坯，管坯在冷軋管機上常規冷軋製成山地自行車車架用管材成品。將成品管材於720V經Ih的真空熱處理後可用於製作山地車車架。
[0046]成品管材經熱處理後，在水平疲勞試驗機上進行測試，在頻率f=2Hz、拉力F1=UOON'壓力F2=600N的條件下，其疲勞壽命實測N=78000次，滿足歐洲標準EN14766-2005的相關技術要求。
[0047]以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制。凡是根據發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。.
【權利要求】
1.一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金，其特徵在於，由以下質量百分比的成分組成:A12.5% -3.5%, V1.0% -2.0%, Fe0.3% -2.0%, Cr0.6% -4.0%,餘量為 Ti 和不可避免的雜質；所述山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金是指該鈦合金經熱處理後，在水平疲勞加載頻率f≤15Hz、拉力F1=UOON和壓力F2=600N條件下的疲勞壽命N≤50000次。
2.根據權利要求1所述的一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金，其特徵在於，由以下質量百分比的成分組成:A13.0%，V1.7%，Fe0.5%，Crl.0%，餘量為Ti和不可避免的雜質。
3.根據權利要求1所述的一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金，其特徵在於，由以下質量百分比的成分組成:A13.0%，V2.0%，Fel.0%，Cr2.0%，餘量為Ti和不可避免的雜質。
4.根據權利要求1所述的一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金，其特徵在於，由以下質量百分比的成分組成:A13.2%，V1.5%，Fe0.75%，Crl.5%，餘量為Ti和不可避免的雜質。
5.根據權利要求1所述的一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金，其特徵在於，由以下質量百分比的成分組成:A12.8%，V1.3%，Fel.5%，Cr3.0%，餘量為Ti和不可避免的雜質。
6.根據權利要求1所述的一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金，其特徵在於，由以下質量百分比的成分組成:A12.5%，V1.0%，Fe2.0%，Cr4.0%，餘量為Ti和不可避免的雜質。
7.根據權利要求1所述的一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金，其特徵在於，由以下質量百分比的成分組成:A13.5%，V2.0%，Fe0.3%，Cr0.6%，餘量為Ti和不可避免的雜質。
8.根據權利要求1至7中任一項權利要求所述的一種山地自行車車架用高疲勞性能鈦合金，其特徵在於，該鈦合金中Fe與Cr的質量比為1:2。
【文檔編號】C22C14/00GK103436733SQ201310419518
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月14日 優先權日:2013年9月14日
【發明者】趙彬, 葛鵬, 郭荻子, 趙恆章, 楊英麗, 杜宇, 吳金平, 蘇杭標 申請人:西北有色金屬研究院