專利名稱：用β型鈦合金制備飛機用鉚接盤絲的方法
技術領域：
本發明屬于航空材料技術領域，涉及一種用e型鈦合金制備飛機用鉚接盤絲的
方法。
背景技術：
飛機的制造材料以鋁及鈦合金為主，冷加工的鋁及鈦合金有良好的機械性能，而 鋁、鈦合金的焊接難度較大，而且焊接易變形，易退火，變軟，降低機械性能，所以飛機上工 件主要采用鉚接。在鉚接的過程中，需要使用到鈦合金鉚接盤絲材料。鈦合金鉚接盤絲材 料生產起源于上世紀六十年代，七十年代研制成功并工業化生產。作為超音速飛機使用的 鈦合金鉚釘，熱穩定性是一個很重要的性能元素指標。 一直以來鈦合金鉚接盤絲使用的是 TC4材料，在較高溫度下暴露，材料的熱穩定性會降低，這是因為1、在熱暴露過程中有時 效相析出；2、較高溫度熱暴露時，表面被空氣中所含的氮、氫、氧等元素污染而產生一層很 薄的硬而脆的硬化層。所以，在使用TC4材料制備成的鈦合金鉚接盤絲材料在熱暴露下抗 拉強度、剪切強度、斷面收縮率和剪切疲勞壽命都大幅度降低，這將嚴重影響飛機的安全性 能。近年來，也在積極尋找替代TC4材料的其它耐高溫鈦合金，但由于新的鈦合金成份難于 控制，且制造盤絲的工藝上存在缺陷，制造出來的盤絲成品率極低，無法生產適合自動冷鉚 接的盤條絲材。
發明內容
本發明的目的是提供一種用13型鈦合金制備飛機用鉚接盤絲的方法，制備出來 的盤絲材料熱穩定性好，在高溫下仍然具有較高的抗拉強度、剪切強度、斷面收縮率和剪切 疲勞壽命，適合冷鉚接。 本發明所采用的技術方案是，一種用13型鈦合金制備飛機用鉚接盤絲的方法，按 以下步驟進行 步驟l，選取|3型鈦合金坯料，按質量百分比，由以下組份組成Mo9. 5% -11%， V7. 5% -8. 5%， FeO. 8% -1. 2%， Al 2. 7% -3. 5%，其余為Ti，以
上組份總量為100% ; 步驟2， 將步驟1取得的|3型鈦合金坯料割成90 X 90 X 210mm的塊料，用砂輪打磨棱角， 然后進行鍛造開坯，選擇碳矽棒爐、油爐或電爐加熱，在105(TC時保溫2小時，期間用750Kg 空冷錘進行鍛造，將規格為90X90X10mm鈦合金鍛造為55 X 55 X 570mm，然后在105(TC保 溫30分鐘，再經過拔長、倒棱、甩圓鍛造，鍛造成規格為①60X610mm的鈦合金鍛棒；
步驟3， 取步驟2得到的鈦合金鍛棒，經車床扒皮、平頭后進行熱軋；扒皮后尺寸由①61變 為①55mm，熱軋設備為廂式電阻爐，加熱時間為55-60分鐘，溫度為1050°C，采用可逆真空 軋機，將材料依次通過方形、菱形的孔型進行交錯軋制11道次，將規格為①55mm鈦合金變成28X28mm的方形；然后再依次通過菱形、方形、橢圓形、圓形的孔型進行交錯軋制10道 次，規格變為①17mm，表面通過砂輪修磨；最后采用250線材軋機，依次通過方形、方形、橢 圓形、圓形、橢圓形、圓形、橢圓形、圓形的孔型進行交錯軋制8道次，加工為①8mm，表面再 通過砂輪修磨，得到熱軋后的絲材；
步驟4 采用廂式電阻爐，將步驟3得到熱軋后的絲材在溫度73(TC下保溫15分鐘，然后在 81(TC保溫30分鐘后，空冷處理，接著噴砂、酸洗、打磨精整，然后進行冷旋鍛加工；
步驟5 將步驟4冷旋鍛加工后的絲材在滾道爐內進行成品固溶處理將絲材放入2500mm 的槽鋼內，分散均勻用手來回擺動，熱爐裝料，80(TC保溫30分鐘以后出爐，放置于平墊板 上，空冷；
步驟6 將步驟5冷卻后的絲材通過M1040無芯磨床進行磨削，采用硬度為軟或中軟、粒度 為80目的綠色碳化硅質砂輪，并同時采用皂化水溶液冷卻，絲材的總磨削控制在0. 5mm以 內，每道次磨削量為0. 05-0. 07mm，最后一道磨削量為0. 01-0. 02mm ;
步驟7 對步驟6磨削后的絲材進行化學涂層處理先將絲材表面經稀硝酸去油，再分別 取氟硼酸鉀0. 8Kg，氧化鋇0. 8Kg，硝酸銨0. 4Kg與10升水在塑料布或其他塑料陶瓷容器內 混合，配置成混合溶液，然后用水蒸氣加熱至70-9(TC后，把待處理的絲材放入溶液內浸泡 30-90分鐘，待絲材表面呈現一層致密的灰黑色薄膜后取出，用清水沖洗，即制得。
采用本發明的用13型鈦合金制備飛機用鉚接盤絲的方法，制得出來的盤絲有較 高的室溫拉伸性能、剪切強度和剪切疲勞性能；盤條絲材經250度暴露300小時、300度暴 露200小時后金相組織和機械性能穩定。同時具有滿意的冷鉚工藝塑性，能很好的進行冷 手鉚、冷壓鉚，鉚接后均能形成理想的鐓頭。
具體實施例方式
下面通過具體實施方式
對本發明進行詳細說明。 本發明用|3型鈦合金制備飛機用鉚接盤絲的方法，采用鍛造開棒坯-熱軋開條 坯_熱旋鍛_冷旋鍛制成絲材_固溶處理后磨光表面_表面涂抹化學涂層等工藝，具體按 以下步驟進行 步驟l，選取|3型鈦合金坯料，成份為Ti-10Mo-8V-lFe-3. 5A1，按質量百分比，由 以下組份組成 Mo9. 5% -11%， V7. 5% -8. 5%， FeO. 8% -1. 2%， Al 2. 7% -3. 5%，其余為Ti，以 上組份總量為100%。 Mo范圍在9. 5% _11%內，可以大幅增加材料高溫性能； V范圍在7. 5% -8. 5%內，可以大幅增加材料塑性； Fe范圍在0.8X _1. 2%內，可以適當提高材料強度，增加一定的剛性； Al范圍在2. 7% -3. 5%內，就像鋼中加碳一樣，起強化相的作用。它可以穩定a
相、提高相轉變溫度，對提高合金的常溫和高溫強度、降低比重、增加彈性模量有明顯效果。
步驟2， 將步驟1取得的型鈦合金坯料割成90X90X210mm的塊料，將不規則的棱角用 砂輪打磨掉，然后進行鍛造開坯，開坯過程選擇的加熱設備為碳矽棒爐、油爐或電爐，在 1050。C時保溫2小時，在此期間用750Kg空冷錘進行鍛造，將規格為90X920X10mm鍛 造為55X55X570mm，然后在1050°C保溫30分，再經過拔長、倒棱、甩圓鍛造，將規格為 55X55X570mm鍛造為①60X610mm的鍛棒。
步驟3， 取步驟2得到的鍛棒，經車床扒皮、平頭后進行熱軋，扒皮后坯料尺寸由①60變 為①55mm;熱軋設備為廂式電阻爐，加熱時間為55-60分鐘，溫度為1050°C，通過可逆真空 軋機，依次通過方形、菱形的孔型進行交錯軋制ll道次，將①55mm規格變成28X28mm的方 形；然后再依次通過菱形、方形、橢圓形、圓形的孔型進行交錯軋制10道次，從28X28mm變 為①17mm，表面砂輪修磨，去除棒材出現縱向溝合摺疊；最后在250線材軋機上進行，依次 通過方形、方形、橢圓形、圓形、橢圓形、圓形、橢圓形、圓形的孔型進行交錯軋制8道次，從 ①17mm規格加工為①8mm，表面砂輪修磨，去除棒材出現縱向溝合摺疊。
步驟4 采用廂式電阻爐，在溫度73(TC下，保溫15分鐘，再將步驟3加工得到的規格大 于。6. 5mm的絲材用B203旋鍛機鍛造，規格小于。6. 5mm的絲材用B202旋鍛機。然后經 81(TC保溫30分鐘后，空冷處理，以及噴砂、酸洗、打磨精整，然后進行冷旋鍛加工，規格大 于。4. Omm的絲材用B202旋鍛機，規小于。4. Omm的絲材用B201旋鍛機加工。
步驟5 將通過步驟4冷旋鍛加工后的絲材在滾道爐內進行成品固溶處理將絲材放入 2500mm的槽鋼內，分散均勻用手來回擺動，熱爐裝料，80(TC保溫30分鐘以后出爐，放置于 平墊板上，空冷。
步驟6 將步驟5冷卻后的絲材進行磨削，所用設備為M1040無芯磨床，采用綠色碳化硅 質砂輪，硬度為軟或中軟，粒度為80目，并同時采用皂化水溶液冷卻，絲材的總磨削控制在 0. 5mm，每道次磨削量為0. 05-0. 07mm，為保證光潔度，最后一道磨削量為0. 01-0. 02mm。
步驟7 對絲材進行化學涂層處理先將絲材表面經稀硝酸去油，再分別取氟硼酸鉀 0. 8Kg，氧化鋇0. 8Kg，硝酸銨0. 4Kg與10升水在塑料布或其他塑料陶瓷容器內混合，配置成 混合溶液，然后用水蒸氣加熱至70-9(TC后，把待處理的絲材放入溶液內浸泡30-90分鐘， 待絲材表面呈現一層致密的灰黑色薄膜后取出，用清水沖洗，即制得。 經過測試，絲材經不同溫度、不同時間熱暴露后，抗拉強度、剪切強度均有所提高， 而塑性經250度、300度分別熱暴露300小時、200小時后沒有明顯變化，350度熱暴露50小 時后，斷面收縮率明顯降低，延伸率仍沒有明顯變化。從不同溫度熱暴露后的機械性能中可 清楚看出鈦合金鉚接盤絲經250度/300小時、300度/200小時熱暴后性能穩定，也就是 說熱穩定性好，350度/50小時熱穩定性稍有降低。
實施例1 選取|3型鈦合金坯料，割成90 X 90 X 210mm的塊料，用砂輪打磨棱角，然后進行鍛造開坯，選擇碳矽棒爐加熱，在105(TC時保溫2小時，期間用750Kg空冷錘進行鍛造，將規 格為90X90X210mm鈦合金鍛造為55 X 55 X 570mm，然后在1050。C保溫30分鐘，再經過拔 長、倒棱、甩圓鍛造，鍛造成規格為①60X610mm的鈦合金鍛棒；經車床扒皮、平頭后進行熱 軋；扒皮后尺寸由①61變為①55mm，熱軋設備為廂式電阻爐，加熱時間為55分鐘，溫度為 105(TC，采用可逆真空軋機，將材料依次通過方形、菱形的孔型進行交錯軋制11道次，將規 格為①55mm鈦合金變成28X28mm的方形；然后再依次通過菱形、方形、橢圓形、圓形的孔 型進行交錯軋制IO道次，規格變為①17mm，表面通過砂輪修磨；最后采用250線材軋機，依 次通過方形、方形、橢圓形、圓形、橢圓形、圓形、橢圓形、圓形的孔型進行交錯軋制8道次， 加工為①8mm，表面再通過砂輪修磨，得到熱軋后的絲材；采用廂式電阻爐，將絲材在溫度 730°C下保溫15分鐘，然后在8l(TC保溫30分鐘后，空冷處理，接著噴砂、酸洗、打磨精整， 然后進行冷旋鍛加工；將冷旋鍛加工后的絲材在滾道爐內進行成品固溶處理將絲材放入 2500mm的槽鋼內，分散均勻用手來回擺動，熱爐裝料，80(TC保溫30分鐘以后出爐，放置于 平墊板上，空冷；將冷卻后的絲材通過M1040無芯磨床進行磨削，采用硬度為軟、粒度為80 目的綠色碳化硅質砂輪，并同時采用皂化水溶液冷卻，絲材的總磨削在0. 5mm，每道次磨削 量為0. 05mm，最后一道磨削量為0. Olmm ;再對磨削后的絲材表面經稀硝酸去油，再分別取 氟硼酸鉀0. 8Kg，氧化鋇0. 8Kg，硝酸銨0. 4Kg與10升水在塑料布或其他塑料陶瓷容器內混 合，配置成混合溶液，然后用水蒸氣加熱至7(TC后，把待處理的絲材放入溶液內浸泡30分 鐘，待絲材表面呈現一層致密的灰黑色薄膜后取出，用清水沖洗，即制得。
實施例2 選取|3型鈦合金坯料，割成90X90X210mm的塊料，用砂輪打磨棱角，然后進行 鍛造開坯，選擇油爐加熱，在105(TC時保溫2小時，期間用750Kg空冷錘進行鍛造，將規格 為90X90X210mm鈦合金鍛造為55X55X570mm，然后在1050°C保溫30分鐘，再經過拔 長、倒棱、甩圓鍛造，鍛造成規格為①60X610mm的鈦合金鍛棒；經車床扒皮、平頭后進行熱 軋；扒皮后尺寸由①61變為①55mm，熱軋設備為廂式電阻爐，加熱時間為60分鐘，溫度為 105(TC，采用可逆真空軋機，將材料依次通過方形、菱形的孔型進行交錯軋制11道次，將規 格為①55mm鈦合金變成28X28mm的方形；然后再依次通過菱形、方形、橢圓形、圓形的孔 型進行交錯軋制10道次，規格變為①17mm，表面通過砂輪修磨；最后采用250線材軋機，依 次通過方形、方形、橢圓形、圓形、橢圓形、圓形、橢圓形、圓形的孔型進行交錯軋制8道次， 加工為①8mm，表面再通過砂輪修磨，得到熱軋后的絲材；采用廂式電阻爐，將絲材在溫度 730°C下保溫15分鐘，然后在8l(TC保溫30分鐘后，空冷處理，接著噴砂、酸洗、打磨精整， 然后進行冷旋鍛加工；將冷旋鍛加工后的絲材在滾道爐內進行成品固溶處理將絲材放入 2500mm的槽鋼內，分散均勻用手來回擺動，熱爐裝料，80(TC保溫30分鐘以后出爐，放置于 平墊板上，空冷；將冷卻后的絲材通過M1040無芯磨床進行磨削，采用硬度為軟、粒度為80 目的綠色碳化硅質砂輪，并同時采用皂化水溶液冷卻，絲材的總磨削在0. 5mm，每道次磨削 量為0. 07mm，最后一道磨削量為0. Olmm ;再對磨削后的絲材表面經稀硝酸去油，再分別取 氟硼酸鉀0. 8Kg，氧化鋇0. 8Kg，硝酸銨0. 4Kg與10升水在塑料布或其他塑料陶瓷容器內混 合，配置成混合溶液，然后用水蒸氣加熱至9(TC后，把待處理的絲材放入溶液內浸泡90分 鐘，待絲材表面呈現一層致密的灰黑色薄膜后取出，用清水沖洗，即制得。
實施例3
選取|3型鈦合金坯料，割成90X90X210mm的塊料，用砂輪打磨棱角，然后進行 鍛造開坯，選擇電爐加熱，在105(TC時保溫2小時，期間用750Kg空冷錘進行鍛造，將規格 為90X90X210mm鈦合金鍛造為55X55X570mm，然后在1050°C保溫30分鐘，再經過拔 長、倒棱、甩圓鍛造，鍛造成規格為①60X610mm的鈦合金鍛棒；經車床扒皮、平頭后進行熱 軋；扒皮后尺寸由①61變為①55mm，熱軋設備為廂式電阻爐，加熱時間為58分鐘，溫度為 105(TC，采用可逆真空軋機，將材料依次通過方形、菱形的孔型進行交錯軋制11道次，將規 格為①55mm鈦合金變成28X28mm的方形；然后再依次通過菱形、方形、橢圓形、圓形的孔 型進行交錯軋制10道次，規格變為①17mm，表面通過砂輪修磨；最后采用250線材軋機，依 次通過方形、方形、橢圓形、圓形、橢圓形、圓形、橢圓形、圓形的孔型進行交錯軋制8道次， 加工為①8mm，表面再通過砂輪修磨，得到熱軋后的絲材；采用廂式電阻爐，將絲材在溫度 73(TC下保溫15分鐘，然后在81(TC保溫30分鐘后，空冷處理，接著噴砂、酸洗、打磨精整， 然后進行冷旋鍛加工；將冷旋鍛加工后的絲材在滾道爐內進行成品固溶處理將絲材放入 2500mm的槽鋼內，分散均勻用手來回擺動，熱爐裝料，80(TC保溫30分鐘以后出爐，放置于 平墊板上，空冷；將冷卻后的絲材通過M1040無芯磨床進行磨削，采用硬度為中軟、粒度為 80目的綠色碳化硅質砂輪，并同時采用皂化水溶液冷卻，絲材的總磨削在0. 5mm，每道次磨 削量為0. 06mm，最后一道磨削量為0. 02mm ;再對磨削后的絲材表面經稀硝酸去油，再分別 取氟硼酸鉀0. 8Kg，氧化鋇0. 8Kg，硝酸銨0. 4Kg與10升水在塑料布或其他塑料陶瓷容器內 混合，配置成混合溶液，然后用水蒸氣加熱至5(TC后，把待處理的絲材放入溶液內浸泡60 分鐘，待絲材表面呈現一層致密的灰黑色薄膜后取出，用清水沖洗，即制得。
本發明制得的鈦合金絲材經過冷壓鉚后，經低倍檢查、顯微檢查、螢光探傷檢驗均 無裂紋；鐓頭側面光滑，呈腰鼓形，端頭平整，且鐓頭質量符合GB1017的要求。用光學顯微 鏡和高壓透射電鏡觀察鈦合金絲，以及鈦合金絲經過冷壓鉚后的鉚釘熱暴露前后的金相組 織的變化，其結果是二者熱暴露前后金相組織的變化相同，即說明本發明方法制得的鈦合 金絲材具有滿意的冷鉚工藝塑性，能很好的進行冷手鉚、冷壓鉚，鉚接后均能形成理想的鐓 頭。通過上述試驗證明，選用本發明方法制得的鈦合金絲材來制造飛機用鈦合金冷鉚接材 料，性能上完全滿足飛機制造的要求，且鈦合金絲材及鉚釘具有良好的冷態工藝塑性，是較 理相的高溫鉚接材料。
權利要求
一種用β型鈦合金制備飛機用鉚接盤絲的方法，其特征在于，按以下步驟進行步驟1，選取β型鈦合金坯料，按質量百分比，由以下組份組成Mo9.5％-11％，V7.5％-8.5％，FeO.8％-1.2％，Al2.7％-3.5％，其余為Ti，以上組份總量為100％；步驟2，將步驟1取得的β型鈦合金坯料割成90×90×210mm的塊料，用砂輪打磨棱角，然后進行鍛造開坯，選擇碳矽棒爐、油爐或電爐加熱，在1050℃時保溫2小時，期間用750Kg空冷錘進行鍛造，將規格為90×90×210mm鈦合金鍛造為55×55×570mm，然后在1050℃保溫30分鐘，再經過拔長、倒棱、甩圓鍛造，鍛造成規格為Φ60×610mm的鈦合金鍛棒；步驟3，取步驟2得到的鈦合金鍛棒，經車床扒皮、平頭后進行熱軋；扒皮后尺寸由Φ61變為Φ55mm，熱軋設備為廂式電阻爐，加熱時間為55-60分鐘，溫度為1050℃，采用可逆真空軋機，將材料依次通過方形、菱形的孔型進行交錯軋制11道次，將規格為Φ55mm鈦合金變成28×28mm的方形；然后再依次通過菱形、方形、橢圓形、圓形的孔型進行交錯軋制10道次，規格變為Φ17mm，表面通過砂輪修磨；最后采用250線材軋機，依次通過方形、方形、橢圓形、圓形、橢圓形、圓形、橢圓形、圓形的孔型進行交錯軋制8道次，加工為Φ8mm，表面再通過砂輪修磨，得到熱軋后的絲材；步驟4采用廂式電阻爐，將步驟3得到熱軋后的絲材在溫度730℃下保溫15分鐘，然后在810℃保溫30分鐘后，空冷處理，接著噴砂、酸洗、打磨精整，然后進行冷旋鍛加工；步驟5將步驟4冷旋鍛加工后的絲材在滾道爐內進行成品固溶處理將絲材放入2500mm的槽鋼內，分散均勻用手來回擺動，熱爐裝料，800℃保溫30分鐘以后出爐，放置于平墊板上，空冷；步驟6將步驟5冷卻后的絲材通過M1040無芯磨床進行磨削，采用硬度為軟或中軟、粒度為80目的綠色碳化硅質砂輪，并同時采用皂化水溶液冷卻，絲材的總磨削控制在0.5mm以內，每道次磨削量為0.05-0.07mm，最后一道磨削量為0.01-0.02mm；步驟7對步驟6磨削后的絲材進行化學涂層處理先將絲材表面經稀硝酸去油，再分別取氟硼酸鉀0.8Kg，氧化鋇0.8Kg，硝酸銨0.4Kg與10升水在塑料布或其他塑料陶瓷容器內混合，配置成混合溶液，然后用水蒸氣加熱至70-90℃后，把待處理的絲材放入溶液內浸泡30-90分鐘，待絲材表面呈現一層致密的灰黑色薄膜后取出，用清水沖洗，即制得。
全文摘要
本發明公開了一種用β型鈦合金制備飛機用鉚接盤絲的方法，采用鍛造開棒坯-熱軋開條坯-熱旋鍛-冷旋鍛制成絲材-固溶處理后磨光表面-表面涂抹化學涂層等工藝進行制備。制得出來的盤絲有較高的室溫拉伸性能、剪切強度和剪切疲勞性能；盤條絲材經250攝氏度暴露300小時、300攝氏度暴露200小時后金相組織和機械性能穩定。同時具有滿意的冷鉚工藝塑性，能很好的進行冷手鉚、冷壓鉚，鉚接后均能形成理想的鐓頭。
文檔編號B21J15/00GK101722268SQ20091031035
公開日2010年6月9日 申請日期2009年11月25日 優先權日2009年11月25日
發明者徐冰, 楊彥昌, 馬寶林 申請人:寶雞市創信金屬材料有限公司