一种钛合金及其加工列车连接件的应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于紧固或固定构件或机器零件用的器件，如连接件或连接技术领域，具 体地说，是涉及列车的钛合金连接件。
【背景技术】
[0002] 钛在地壳中的含量为0. 63%，居地球各种元素的第九位，按金属元素计位第七位， 而按技术结构材料，仅次于铝、铁、镁而居第四位。
[0003] 钛及其合金的密度为4. 5g/cm3左右，仅为钢的57%。其比强度高，抗腐蚀性能和结 合性能良好，高温力学性能、疲劳性和蠕变性能很好，具有优良的综合性能，是一种新型的、 很有发展潜力和应用前景的结构材料。
[0004] 目前，钛及其合金主要用于航空航天和军工事业上。据统计，钛在航天航空上的应 用约占钛总产量的70%左右。但随着海绵钛成本的下降，钛合金材料的价格降低，钛合金的 开发研制与钛材品种的增多，钛在民用工业中的应用成倍增加，特别是在造船工业、汽车工 业、化工、电子、海洋开发、海水淡化、地热发电、排污防腐、体育休闲用品、医疗等民用领域 获得广泛的应用。
[0005] 随着科学技术的发展，铁路列车实现了一次又一次的提速。目前，在轨道交通行业 中，随着速度的提升，无论是机车、动车、城际轨道车辆，都对降低轴重要求有所提升。列车 中很多零件都用钢制造，首先钢的密度大，而现今在列车中，对轴重要求很高，无论是机车、 动车、城际轨道车辆，都希望降低列车的重量，而钢制零件，都比较重，无法满足机车、动车 等其他列车的轻量化的要求。
[0006] 轨道交通中各零件在列车运行过程中，大多暴露在外，而钢的耐蚀性较差，为了提 高零件的使用寿命，多在钢件外面涂覆油漆，来提高钢的耐蚀性。而在东北冬季列车运行 时，在下雪天气，零件外常有雪覆盖，为了快速融化雪，常会喷洒融雪剂，而融雪剂对钢件的 腐蚀更大。而在沿海地区，由于受海水影响，空气中氯离子含量增多，也加快对钢件的腐蚀。 基于钢的耐蚀性差，而列车的工作环境较恶劣，这样对各零部件的维修成本较高。
[0007] 且列车中钢制零件都需要热处理，而同一种钢，因其要求及工作环境的不同，其热 处理工艺也比较复杂。加重了工人的工作量。
【发明内容】
[0008] 本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种承受高、低温能力强， 能延长零件寿命的系列列车的钛合金连接件。
[0009] 为实现上述目的本发明采用的技术方案如下：
[0010] -种钛合金，钛合金按重量百分比包括如下成分：A1为3. 8-4. 8 %、V为 2. 0-3. 2%、Fe 为 0? 7-1. 7%、0 为 0? 2-0. 3%，余量为 Ti。
[0011] 钛合金按重量百分比包括如下成分：A1为4-4. 8 %、V为2. 0-3. 2 %、Fe为 0? 7-1. 7%、0 为 0? 2-0. 3%，余量为 Ti。
[0012] 钛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] 钛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] 钛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] -种钛合金的制备方法，制备方法的步骤如下：
[0016] 步骤1)钛合金锭在相变点以上100~150°C温度范围内进行加热，终锻温度为 900°C ±20°C，进行开坯锻造，每次的压下量在10~25mm之间；
[0017] 步骤2)在相变点±20°C左右的温度范围内加热，进行镦拔锻造，终锻温度在 850°C ±20°C，压下量不超过长度的30%;
[0018] 步骤3)在相变点以下30~50°C加热，进行成品锻造，变形量控制在60%左右，成 品锻造后进行热处理。
[0019] 步骤4)热处理制度为真空退火，退火温度在相变点内150 °C左右，保温60~ 90min分钟，空冷。
[0020] -种钛合金的应用，在轨道交通领域中的应用，制造列车或动车转向架的传动销、 连杆、电机吊杆及拉杆体、紧固件。
[0021] 钛合金的第一传动销，由三个部分组成，包括销头左部、销中间连接部和销头右 部；采用过盈配合与车轮连接，进一步紧固零件；销中间连接部的外表面包括圆柱面和锥 面，锥面位于销头右部一侧，采用小间隙配合与连杆连接；
[0022] 所述钛合金的第二传动销，起连接和紧固作用。右端与连杆小间隙配合，并通过三 个M10的螺栓连接，进一步紧固零件。
[0023] 钛合金的第一连杆，其特征在于：所述的第一连杆为叉状连杆，连杆一端相对地设 置有两个第一定位孔，连杆的另一端上设置有一个第二定位孔，两个第一定位孔〇53与第 二定位孔①100和中心距为175. 4mm;
[0024] 钛合金的第二连杆，其特征在于：所述的第二连杆两端设置有两个定位孔0 53， 所述的定位孔能够与第二传动销小间隙配合；两定位孔的中心距为180_。
[0025] 钛合金的电机吊杆，其特征在于：所述电机吊杆的两端设置有定位孔，定位孔与转 向架零件采用过盈配合；在电机吊杆的杆体两侧还分别设置两个矩形减轻槽；
[0026] 钛合金的拉杆体，其特征在于：所述拉杆体的两端设置有定位孔，定位孔与转向 架、轴箱采用过盈配合；在拉杆体的两侧分别设置有矩形减轻槽。
[0027] 本发明的优点是：
[0028] 1、对于列车而言，簧下重量的降低将大幅提高列车的开行速度，进一步发挥列车 的运行的安全性和舒适度。由于本发明的钛合金具有密度小、良好的疲劳性能、高温性能 及耐腐蚀性能等特点，采用本发明的钛合金材料制造的零件组，大大提高了强度，并延长 了使用寿命，降低检修成本，节约能源，具有较好的应用前景；除满足列车中钢制零件的强 度要求，还能减轻43%左右的重量，从而达到降低轴重的目的。采用本发明钛合金的传动 销、连杆、电机吊杆、拉杆体，用于机车及动车车辆，其装配在转向架装置中。原有零件采用 42CrM 〇,其密度是7. 89g/cm3,而铝的密度为2. 7g/cm3,钛的密度为4. 51g/cm3,但铝的强度 达不到零件要求，故用本发明的钛合金替换，在不改变结构的基础上，可以达到减重43%左 右的效果。
[0029] 2、本发明的钛合金不仅能达到减重的效果，还具有极强的耐蚀性。本发明的钛合 金在海水中的腐蚀速率小于0. 〇51_/年，可见本发明的钛合金的耐蚀性极强。列车的零件 原为钢制零件，长期暴露在空气中；由于钢的耐蚀性较低，为防止腐蚀，在其表面涂覆油漆。 采用本发明钛合金生产的列车零件，由于本发明的钛合金具有极强的耐蚀性，暴露在空气 中，完全不会被腐蚀，故可以不用涂覆油漆；不仅省涂覆油漆的价钱和时间，还可以省去油 漆的重量。
[0030] 3、本发明钛合金具有耐高温和耐低温性能，能承受-253°c~500°C。钢具有低温 脆性，冬季机车及动车在较低温度环境下运行时，钢零件的力学性能会有所降低，影响零件 的寿命。采用本发明钛合金的轨道交通零件即能承受机车高温运行时的高温环境，而且 在-196°C时，仍能保持抗拉强度彡1300MPa，屈服强度彡llOOMPa，伸长率彡8%。因此，本 发明钛合金列车零件承受高、低温能力强，能延长零件的寿命。
[0031] 4、本发明钛合金螺栓比传统的不锈钢螺栓寿命长，传统的不锈钢螺栓是因为其耐 蚀性而应用在特殊环境，但由于不锈钢螺栓具有粘着性，导致其无法拆卸。而钛合金螺栓 本身由于钛合金材料本身极强的耐蚀性，故而钛合金螺栓比不锈钢螺栓具有更良好的耐蚀 性，通过表面处理技术，使其方便拆卸。
【附图说明】
[0032]图1是采用本发明钛合金的第一传动销的结构示意图。
[0033]图2是采用本发明钛合金的第二传动销的结构示意图。
[0034]图3是采用本发明钛合金的第一连杆的结构示意图。
[0035]图4是采用本发明钛合金的第二连杆的结构示意图。
[0036]图5是采用本发明钛合金的电机吊杆的结构示意图。
[0037]图6是采用本发明钛合金的拉杆体的结构示意图。
【具体实施方式】
[0038] 钛合金的化学成分及显微组织在很大程度上影响钛合金的性能，由于钛及钛合金 具有高的化学活性，当加热时，钛会与H、0、N发生反应，导致钛合金冲击韧性、断面收缩率 和伸长率急剧下降，所以H、0、N通常被认为是杂质元素，含量都很低。本发明的钛合金加 入0的含量远超过钛合金中0元素的通常的含量，钛合金的强度、硬度有所提高，加入Fe元 素，降低了 V元素的含量，既保证了钛合金的强度、硬度，也保持了钛合金的冲击韧性、断面 收缩率及伸长率，保证了良好的力学性能。
[0039] 实施例1:本发明的钛合金的成分如下：A1 4%、V 3. l%、Fe 1.4%、0 0. 3%，Ti 91. 2%〇
[0040] 实施例2:本发明的钛合金的成分如下：A1 4. 5%、V 2. 1%、Fe 0. 9%、0 0. 3%， Ti 92. 2%〇
[0041] 实施例3 :本发明的钛合金的成分如下：A1 4. 8%、V 2. 6%、Fe 1%、0 0. 3%，Ti 91. 3%〇
[0042] 钛合金的加工方法如下：
[0043] 制备海绵钛一恪炼铸锭一开还锻造一修磨一镦拔锻造一修磨一成品锻造一退火 -车光一棒材。
[0044] 制备海绵钛：海绵钛是由金红矿石经氯化形成TiCl4，然后用Mg还原TiCl 4而获得 的海绵钛。海绵钛根据杂质含量的不同分为0级、1级2级等不同级，其中0级海绵钛的杂 质含量最低，本发明钛合金采用1级海绵钛。
[0045] 熔炼铸锭：钛是活性金属，在高温下极容易与氧、氮等气体反应，也几乎与所有的 坩埚材料（如耐火材料、石墨等）起反应，使金属钛被污染而失去原有的良好工艺性能及力 学性能。因此，钛必须在真空或惰性气体保护中进行熔炼。本发明钛合金采用真空自耗电 弧炉熔炼，并且熔炼两次，使钛合金铸锭的合金成分更加均匀。
[0046] 开坯锻造：由于钛合金铸锭的晶体组织粗大，力学性能较差，锻造初始温度在相变 点以上100~150°C温度范围内进行加热左右，终锻温度在900°C ±20°C，每次的压下量在 10~25mm之间。
[0047] 修磨：钛合金加热后，为保证表面裂纹不向深处扩散，需要进行修磨处理。
[0048] 镦拔锻造：进行一次三墩三拔，锻造时压下量不能超过长度的30%，先进行高温 镦拔锻造，初始温度在相变点±20°C左右的温度范围内加热，终锻温度在850°C ±20°C。
[0049] 成品锻造：在相变点以下30~50°C加热，终锻温度在850°C ±20°C，锻造结束后 进行空冷。