钛合金弹簧具有体积小、重量轻、耐腐蚀性优良和抗疲劳等优点。由于钛合金材料的剪切模量比钢材的大,因此,所需弯成的圈数比钢质弹簧的少。即使两种材料的比重相同,由于钛合金弹簧使用的材料少,因而重量也比钢质弹簧轻。在大多数情况下,钛合金弹簧的重量比钢质弹簧轻60%~70%,而且钛合金弹簧的高度设计也可以降低,可比钢质弹簧低50%~80%。

钛合金弹簧的另一个优点是耐腐蚀性。在标准盐雾腐蚀疲劳试验中,一般钢质弹簧的疲劳寿命比在空气中下降50%。在相同的试验中,钛弹簧的疲劳寿命仅比空气中下降4%。而且,与钢质弹簧不同的是,钛合金弹簧不需要保护镀层。

目前存在的问题

钛合金弹簧质量的好坏决定了弹簧的使用寿命,弹簧生产过程中,材料中的杂质含量、弹簧丝材的表面质量和热处理工艺是影响钛合金弹簧综合性能的重要因素。目前,钛合金弹簧存在如下问题:

1)制造弹簧的丝材的表面质量差。丝材表面的微裂纹,尤其是表面凹坑会成为裂纹源,在变化的工作应力作用下,导致弹簧因疲劳而断裂。

2)材质的杂质含量及热处理制度有待改善。钛合金表面氧化或吸氢现象必须研究,并采取相应措施防止或消除。表面氧化可以采取酸洗、喷砂或者真空热处理方法,吸氢会导致使用过程中产生氢致延时断裂的危险后果,吸氢会在热加工或酸洗中产生,可进行真空去氢退火消除。

       钛合金弹簧的应用
    
       钛合金适于制造汽车悬架弹簧和气门弹簧、气门。用钛合金制造的板簧比用抗拉强度达2100MPa的高强度钢降低自重20%。钛合金弹簧类Ti-13V-11C-3Al等合金的开发,可望用于汽车发动机气门弹簧、悬架弹簧上。合金应用的最大难点是成本高;其次提高加工性、耐久性及表面处理技术的开发,再生技术的建立也是很必要的。

美国Timet公司汽车业务部介绍了钛在法拉利汽车ChallengeStradale车型上的最新应用,TIMETALLCB被选来用于这一车型所有悬挂系弹簧的材料,在全世界第一次采用了钛车轮螺栓和钛弹簧,法拉利汽车其他车型的应用尚在开发之中;TIMETALLCB合金还可用于高性能赛车的阀门弹簧、雪地汽车的扭力弹簧以及大众LuPo汽车的悬吊弹簧,钛阀门弹簧可减重34%,用于雪地汽车的钛扭力弹簧则可减重30~50%。

在航空航天领域,Beta-C(Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr)钛合金的使用已有10年以上的历史。另外还有TC3、TC4、TB3等材料也应用于钛合金弹簧的研究生产。

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