一種鈦合金及其加工列車連接件的應用
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于緊固或固定構(gòu)件或機器零件用的器件，如連接件或連接技術(shù)領域，具 體地說，是涉及列車的鈦合金連接件。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈦在地殼中的含量為0. 63%，居地球各種元素的第九位，按金屬元素計位第七位， 而按技術(shù)結(jié)構(gòu)材料，僅次于鋁、鐵、鎂而居第四位。
[0003] 鈦及其合金的密度為4. 5g/cm3左右，僅為鋼的57%。其比強度高，抗腐蝕性能和結(jié) 合性能良好，高溫力學性能、疲勞性和蠕變性能很好，具有優(yōu)良的綜合性能，是一種新型的、 很有發(fā)展?jié)摿蛻们熬暗慕Y(jié)構(gòu)材料。
[0004] 目前，鈦及其合金主要用于航空航天和軍工事業(yè)上。據(jù)統(tǒng)計，鈦在航天航空上的應 用約占鈦總產(chǎn)量的70%左右。但隨著海綿鈦成本的下降，鈦合金材料的價格降低，鈦合金的 開發(fā)研制與鈦材品種的增多，鈦在民用工業(yè)中的應用成倍增加，特別是在造船工業(yè)、汽車工 業(yè)、化工、電子、海洋開發(fā)、海水淡化、地熱發(fā)電、排污防腐、體育休閑用品、醫(yī)療等民用領域 獲得廣泛的應用。
[0005] 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，鐵路列車實現(xiàn)了一次又一次的提速。目前，在軌道交通行業(yè) 中，隨著速度的提升，無論是機車、動車、城際軌道車輛，都對降低軸重要求有所提升。列車 中很多零件都用鋼制造，首先鋼的密度大，而現(xiàn)今在列車中，對軸重要求很高，無論是機車、 動車、城際軌道車輛，都希望降低列車的重量，而鋼制零件，都比較重，無法滿足機車、動車 等其他列車的輕量化的要求。
[0006] 軌道交通中各零件在列車運行過程中，大多暴露在外，而鋼的耐蝕性較差，為了提 高零件的使用壽命，多在鋼件外面涂覆油漆，來提高鋼的耐蝕性。而在東北冬季列車運行 時，在下雪天氣，零件外常有雪覆蓋，為了快速融化雪，常會噴灑融雪劑，而融雪劑對鋼件的 腐蝕更大。而在沿海地區(qū)，由于受海水影響，空氣中氯離子含量增多，也加快對鋼件的腐蝕。 基于鋼的耐蝕性差，而列車的工作環(huán)境較惡劣，這樣對各零部件的維修成本較高。
[0007] 且列車中鋼制零件都需要熱處理，而同一種鋼，因其要求及工作環(huán)境的不同，其熱 處理工藝也比較復雜。加重了工人的工作量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明就是針對上述問題，彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種承受高、低溫能力強， 能延長零件壽命的系列列車的鈦合金連接件。
[0009] 為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0010] -種鈦合金，鈦合金按重量百分比包括如下成分：A1為3. 8-4. 8 %、V為 2. 0-3. 2%、Fe 為 0? 7-1. 7%、0 為 0? 2-0. 3%，余量為 Ti。
[0011] 鈦合金按重量百分比包括如下成分：A1為4-4. 8 %、V為2. 0-3. 2 %、Fe為 0? 7-1. 7%、0 為 0? 2-0. 3%，余量為 Ti。
[0012] 鈦合金按重量百分比包括如下成分：A1 4%、V 3. 1%、Fe 1.4%、0 0. 3%，Ti 91. 2%〇
[0013] 鈦合金按重量百分比包括如下成分：A1 4. 5%、V 2. 1%、Fe 0. 9%、00. 3%，Ti 92. 2%〇
[0014] 鈦合金按重量百分比包括如下成分：A1 4. 8%、V 2. 6%、Fe 1%、00. 3%，Ti 91. 3%〇
[0015] -種鈦合金的制備方法，制備方法的步驟如下：
[0016] 步驟1)鈦合金錠在相變點以上100~150°C溫度范圍內(nèi)進行加熱，終鍛溫度為 900°C ±20°C，進行開坯鍛造，每次的壓下量在10~25mm之間；
[0017] 步驟2)在相變點±20°C左右的溫度范圍內(nèi)加熱，進行鐓拔鍛造，終鍛溫度在 850°C ±20°C，壓下量不超過長度的30%;
[0018] 步驟3)在相變點以下30~50°C加熱，進行成品鍛造，變形量控制在60%左右，成 品鍛造后進行熱處理。
[0019] 步驟4)熱處理制度為真空退火，退火溫度在相變點內(nèi)150 °C左右，保溫60~ 90min分鐘，空冷。
[0020] -種鈦合金的應用，在軌道交通領域中的應用，制造列車或動車轉(zhuǎn)向架的傳動銷、 連桿、電機吊桿及拉桿體、緊固件。
[0021] 鈦合金的第一傳動銷，由三個部分組成，包括銷頭左部、銷中間連接部和銷頭右 部；采用過盈配合與車輪連接，進一步緊固零件；銷中間連接部的外表面包括圓柱面和錐 面，錐面位于銷頭右部一側(cè)，采用小間隙配合與連桿連接；
[0022] 所述鈦合金的第二傳動銷，起連接和緊固作用。右端與連桿小間隙配合，并通過三 個M10的螺栓連接，進一步緊固零件。
[0023] 鈦合金的第一連桿，其特征在于：所述的第一連桿為叉狀連桿，連桿一端相對地設 置有兩個第一定位孔，連桿的另一端上設置有一個第二定位孔，兩個第一定位孔〇53與第 二定位孔①100和中心距為175. 4mm;
[0024] 鈦合金的第二連桿，其特征在于：所述的第二連桿兩端設置有兩個定位孔0 53， 所述的定位孔能夠與第二傳動銷小間隙配合；兩定位孔的中心距為180_。
[0025] 鈦合金的電機吊桿，其特征在于：所述電機吊桿的兩端設置有定位孔，定位孔與轉(zhuǎn) 向架零件采用過盈配合；在電機吊桿的桿體兩側(cè)還分別設置兩個矩形減輕槽；
[0026] 鈦合金的拉桿體，其特征在于：所述拉桿體的兩端設置有定位孔，定位孔與轉(zhuǎn)向 架、軸箱采用過盈配合；在拉桿體的兩側(cè)分別設置有矩形減輕槽。
[0027] 本發(fā)明的優(yōu)點是：
[0028] 1、對于列車而言，簧下重量的降低將大幅提高列車的開行速度，進一步發(fā)揮列車 的運行的安全性和舒適度。由于本發(fā)明的鈦合金具有密度小、良好的疲勞性能、高溫性能 及耐腐蝕性能等特點，采用本發(fā)明的鈦合金材料制造的零件組，大大提高了強度，并延長 了使用壽命，降低檢修成本，節(jié)約能源，具有較好的應用前景；除滿足列車中鋼制零件的強 度要求，還能減輕43%左右的重量，從而達到降低軸重的目的。采用本發(fā)明鈦合金的傳動 銷、連桿、電機吊桿、拉桿體，用于機車及動車車輛，其裝配在轉(zhuǎn)向架裝置中。原有零件采用 42CrM 〇,其密度是7. 89g/cm3,而鋁的密度為2. 7g/cm3,鈦的密度為4. 51g/cm3,但鋁的強度 達不到零件要求，故用本發(fā)明的鈦合金替換，在不改變結(jié)構(gòu)的基礎上，可以達到減重43%左 右的效果。
[0029] 2、本發(fā)明的鈦合金不僅能達到減重的效果，還具有極強的耐蝕性。本發(fā)明的鈦合 金在海水中的腐蝕速率小于0. 〇51_/年，可見本發(fā)明的鈦合金的耐蝕性極強。列車的零件 原為鋼制零件，長期暴露在空氣中；由于鋼的耐蝕性較低，為防止腐蝕，在其表面涂覆油漆。 采用本發(fā)明鈦合金生產(chǎn)的列車零件，由于本發(fā)明的鈦合金具有極強的耐蝕性，暴露在空氣 中，完全不會被腐蝕，故可以不用涂覆油漆；不僅省涂覆油漆的價錢和時間，還可以省去油 漆的重量。
[0030] 3、本發(fā)明鈦合金具有耐高溫和耐低溫性能，能承受-253°c~500°C。鋼具有低溫 脆性，冬季機車及動車在較低溫度環(huán)境下運行時，鋼零件的力學性能會有所降低，影響零件 的壽命。采用本發(fā)明鈦合金的軌道交通零件即能承受機車高溫運行時的高溫環(huán)境，而且 在-196°C時，仍能保持抗拉強度彡1300MPa，屈服強度彡llOOMPa，伸長率彡8%。因此，本 發(fā)明鈦合金列車零件承受高、低溫能力強，能延長零件的壽命。
[0031] 4、本發(fā)明鈦合金螺栓比傳統(tǒng)的不銹鋼螺栓壽命長，傳統(tǒng)的不銹鋼螺栓是因為其耐 蝕性而應用在特殊環(huán)境，但由于不銹鋼螺栓具有粘著性，導致其無法拆卸。而鈦合金螺栓 本身由于鈦合金材料本身極強的耐蝕性，故而鈦合金螺栓比不銹鋼螺栓具有更良好的耐蝕 性，通過表面處理技術(shù)，使其方便拆卸。
【附圖說明】
[0032]圖1是采用本發(fā)明鈦合金的第一傳動銷的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖2是采用本發(fā)明鈦合金的第二傳動銷的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖3是采用本發(fā)明鈦合金的第一連桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖4是采用本發(fā)明鈦合金的第二連桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖5是采用本發(fā)明鈦合金的電機吊桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖6是采用本發(fā)明鈦合金的拉桿體的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0038] 鈦合金的化學成分及顯微組織在很大程度上影響鈦合金的性能，由于鈦及鈦合金 具有高的化學活性，當加熱時，鈦會與H、0、N發(fā)生反應，導致鈦合金沖擊韌性、斷面收縮率 和伸長率急劇下降，所以H、0、N通常被認為是雜質(zhì)元素，含量都很低。本發(fā)明的鈦合金加 入0的含量遠超過鈦合金中0元素的通常的含量，鈦合金的強度、硬度有所提高，加入Fe元 素，降低了 V元素的含量，既保證了鈦合金的強度、硬度，也保持了鈦合金的沖擊韌性、斷面 收縮率及伸長率，保證了良好的力學性能。
[0039] 實施例1:本發(fā)明的鈦合金的成分如下：A1 4%、V 3. l%、Fe 1.4%、0 0. 3%，Ti 91. 2%〇
[0040] 實施例2:本發(fā)明的鈦合金的成分如下：A1 4. 5%、V 2. 1%、Fe 0. 9%、0 0. 3%， Ti 92. 2%〇
[0041] 實施例3 :本發(fā)明的鈦合金的成分如下：A1 4. 8%、V 2. 6%、Fe 1%、0 0. 3%，Ti 91. 3%〇
[0042] 鈦合金的加工方法如下：
[0043] 制備海綿鈦一恪煉鑄錠一開還鍛造一修磨一鐓拔鍛造一修磨一成品鍛造一退火 -車光一棒材。
[0044] 制備海綿鈦：海綿鈦是由金紅礦石經(jīng)氯化形成TiCl4，然后用Mg還原TiCl 4而獲得 的海綿鈦。海綿鈦根據(jù)雜質(zhì)含量的不同分為0級、1級2級等不同級，其中0級海綿鈦的雜 質(zhì)含量最低，本發(fā)明鈦合金采用1級海綿鈦。
[0045] 熔煉鑄錠：鈦是活性金屬，在高溫下極容易與氧、氮等氣體反應，也幾乎與所有的 坩堝材料（如耐火材料、石墨等）起反應，使金屬鈦被污染而失去原有的良好工藝性能及力 學性能。因此，鈦必須在真空或惰性氣體保護中進行熔煉。本發(fā)明鈦合金采用真空自耗電 弧爐熔煉，并且熔煉兩次，使鈦合金鑄錠的合金成分更加均勻。
[0046] 開坯鍛造：由于鈦合金鑄錠的晶體組織粗大，力學性能較差，鍛造初始溫度在相變 點以上100~150°C溫度范圍內(nèi)進行加熱左右，終鍛溫度在900°C ±20°C，每次的壓下量在 10~25mm之間。
[0047] 修磨：鈦合金加熱后，為保證表面裂紋不向深處擴散，需要進行修磨處理。
[0048] 鐓拔鍛造：進行一次三墩三拔，鍛造時壓下量不能超過長度的30%，先進行高溫 鐓拔鍛造，初始溫度在相變點±20°C左右的溫度范圍內(nèi)加熱，終鍛溫度在850°C ±20°C。
[0049] 成品鍛造：在相變點以下30~50°C加熱，終鍛溫度在850°C ±20°C，鍛造結(jié)束后 進行空冷。