[发明专利]一种制作机车制动盘螺栓的钛合金材料及其加工工艺

说明书

技术领域

本发明属于紧固零件，涉及一种钛合金紧固件，尤其涉及一种铁路机车车辆制动系统专用钛合金紧固螺栓。

背景技术

随着铁路列车的提速，对于机车车辆制动系统的零部件性能要求越来越高。制动系统的主要组成部分：制动盘及闸片，制动盘通过紧固件与车轮或车轴连接并紧固，紧固件在列车制动过程中的作用非常重要。机车车辆上目前使用的紧固件材料主要是碳钢和不锈钢。列车制动盘紧固件，在制动过程中，与制动盘一样需承受较恶劣的工作环境的作用。制动盘紧固件的主要性能要求如下：(1)具有较高的强度。由于列车制动时，制动盘紧固件将承受较大的剪切应力作用，因此，要求制动盘螺栓具有较高的强度。(2)较好的抗热裂性能。列车制动时，制动盘在急冷急热的环境中工作，这使得紧固件的工作环境也随之变化，因此要求，制动盘螺栓需具有较好的抗热裂性能。(3)较高的高低温力学性能。机车制动盘制动时工作温度约为300℃，高速列车(动车)制动时的温度可能高于300℃，因此，螺栓材料还需具有较好的高温力学性能。同时，列车行驶的地域不一样，有的列车需在-40℃的环境中行驶，这也要求螺栓具有良好的低温力学性能。(4)耐蚀性能好。列车的运行环境及条件，决定了其零部件需具有好的耐蚀性能。(5)疲劳性能好。螺栓在列车运行中，需反复承受力的作用，因此，其需具有好的疲劳性能。(6)密度小。对列车轻量化具有重要意义。目前使用的碳钢紧固件及不锈钢紧固件重量较大，同时综合力学性能不高，耐腐蚀性能较差。同时，碳钢在低温环境中使用，具有低温脆性，容易发生断裂。钢在较高温度下，性能较常温性能差。钛合金在高温下能保持良好的机械性能。目前，钛合金紧固件的使用领域涉及航空、航天及化工等领域，且应用范围不断拓开，在轨道交通设备上没有应用。

制动系统紧固件大部分采用10.9级钢制紧固件，抗拉强度1040MPa，屈服强度940MPa，延伸率9％，断面收缩率48％，硬度HRC32-39HRC，冲击功20J。

本发明是针对机车车辆制动系统研制的钛合金紧固螺栓，不仅具有好的减重效果，具有高强度、抗疲劳、耐腐蚀等优异的综合性能。钛合金紧固螺栓在铁路机车车辆上的应用将具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种铁路机车车辆制动系统专用钛合金紧固螺栓，并公开一种钛合金紧固螺栓的加工方法。

本发明的技术方案是：

第一步、熔炼铸锭：采用真空自耗电弧炉熔炼，进行三次真空自耗熔炼；

第二步、开坯锻造：开坯锻造加热温度1080℃-1180℃；

第三步、换向镦拔锻造：进行三墩三拔，第一次1050℃-1100℃高温镦拔，第二次980℃-1020℃镦拔，第三次镦拔温度850℃，三次镦拔后形成棒材；

第四步、棒材轧制：加热至950℃，轧制成所需尺寸；

第五步、表面处理：采用氟硼酸钾溶液，氯化钡溶液，硝酸铵溶液及水按一定比例配制，加热至80-90℃，将需成型的棒材放入其中恒温浸泡30min；

第六步、热墩成型：六角头螺栓头部采用两次热墩成型，第一次热墩将棒头加热至1030℃，第二次热墩将棒头连续加热至950℃，采用两次成型，得到完整的螺栓头部，不需后续加工；

第七步、滚丝：滚压压力10-15t，进给量1mm/s，转速25-40r/min，滚压时间5s，滚压全过程采用冷却液冷却；

第八步、退火热处理：加热温度820℃±10℃，保温2小时，空冷。

本发明的优点是：

提高铁路机车车辆制动系统紧固螺栓室温综合力学性能；提高紧固件高低温力学性能，扩大应用温度范围；提高耐腐蚀性能，延长使用寿命。本发明用于公称直径小于20mm的螺栓。

附图说明

图1为螺栓的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步详细说明。

一种制作机车制动盘螺栓的钛合金材料，钛合金材料按质量百分比包含以下成分：Al:6.0％-6.5％，Cr:1％-1.5％，Si:0.15％-0.20％，Mo:2.6％-3.3％，Fe:0.35％-0.45％，Zr:0.1-0.5％，余量为Ti。

Al:6.0％-6.2％，Cr:1.3％-1.5％，Si:0.18％-0.20％，Mo:2.7％-3.0％，Fe:0.38％-0.40％，Zr:0.3-0.5％，余量为Ti。

Al:6.0％，Cr:1.4％，Si:0.18％，Mo:2.9％，Fe:0.38％，Zr:0.5％，余量为Ti。