Der Entwicklungsstand der Titanlegierung für Luftfahrtbefestigungen wird vorgestellt
Verbindungselemente aus Titanlegierungen werden aufgrund ihrer geringen Dichte, hohen spezifischen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit häufig in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Der Entwicklungsstand von Titanlegierungsmaterialien für Luftfahrtbefestigungen wird überprüft. In Kombination mit der Entwicklung einer Titanlegierung für Verbindungselemente wird der Anwendungsstatus der Titanlegierung für Verbindungselemente im In- und Ausland eingeführt und die Leistungsmerkmale von Titanlegierungsmaterialien für Verbindungselemente verglichen und analysiert. Gleichzeitig werden in Kombination mit den Anforderungen fortschrittlicher Flugzeuge an Hochleistungsbefestigungselemente mehrere hochfeste und zähe Titanlegierungsmaterialien für Befestigungselemente und deren Technologie zur Verarbeitung von Befestigungselementen eingeführt.
Bolzen, Stehbolzen, Schrauben, Muttern, Unterlegscheiben, Stifte, Nieten und andere Befestigungselemente sind in Flugzeugen weit verbreitet. Die Anzahl der in einem Flugzeug verwendeten Befestigungselemente und elastischen Elemente beträgt nur einige hunderttausend und mehrere Millionen. Beispielsweise beträgt die Anzahl der in einem russischen il-96-Flugzeug verwendeten Befestigungselemente 142000, die eines einzelnen Fluggastes A380 mehr als 1 Million und die der Boeing 787 mehr als 1 Million. Es gab Fälle von verspäteter Lieferung aufgrund von Mangel an Verbindungselementen. Mit der Verbesserung des fortschrittlichen Charakters von Flugzeugen werden die Anforderungen an Befestigungsmaterialien immer höher. Eine Titanlegierung mit hohem Gewichtsverlust, Korrosionsbeständigkeit, nichtmagnetischen Eigenschaften und guter Verträglichkeit mit Verbundwerkstoffen ist die erste Wahl für fortschrittliche Flugzeugbefestigungsmaterialien. Verbindungselemente aus Titanlegierung werden häufig in militärischen Kampfflugzeugen und Transportflugzeugen wie F-16, F-18, F-35, F-22, C-17 usw. verwendet, und [1-3] hat gute Ergebnisse erzielt, F. -fünfzehn. Verbindungselemente aus Titanlegierung für Kampfflugzeuge machen 73% der gesamten Verbindungselemente für Flugzeuge aus. 423000 Titanlegierungsstifte und 241000 Titanlegierungsschrauben werden in C-17-Militärtransportflugzeugen verwendet. Nachdem in Passagierflugzeugen der Abbildung 204 940 kg BT16-Verbindungselemente aus Titanlegierung verwendet wurden, wird das Gewicht des Flugzeugs auf 688 kg reduziert. Nachdem in Boeing 747-Flugzeugen Verbindungselemente aus Titanlegierung anstelle von Verbindungselementen aus legiertem Stahl verwendet wurden, wird das Gesamtgewicht einer einzelnen Maschine um 1814 kg reduziert [2]. Verbindungselemente aus Titanlegierung für Kampfflugzeuge machen 73% der gesamten Verbindungselemente für Flugzeuge aus. 423000 Titanlegierungsstifte und 241000 Titanlegierungsschrauben werden in C-17-Militärtransportflugzeugen verwendet. Nachdem in Passagierflugzeugen der Abbildung 204 940 kg BT16-Verbindungselemente aus Titanlegierung verwendet wurden, wird das Gewicht des Flugzeugs auf 688 kg reduziert. Nachdem in Boeing 747-Flugzeugen Verbindungselemente aus Titanlegierung anstelle von Verbindungselementen aus legiertem Stahl verwendet wurden, wird das Gesamtgewicht einer einzelnen Maschine um 1814 kg reduziert [2]. Verbindungselemente aus Titanlegierung für Kampfflugzeuge machen 73% der gesamten Verbindungselemente für Flugzeuge aus. 423000 Titanlegierungsstifte und 241000 Titanlegierungsschrauben werden in C-17-Militärtransportflugzeugen verwendet. Nachdem in Passagierflugzeugen der Abbildung 204 940 kg BT16-Verbindungselemente aus Titanlegierung verwendet wurden, wird das Gewicht des Flugzeugs auf 688 kg reduziert. Nachdem in Boeing 747-Flugzeugen Verbindungselemente aus Titanlegierung anstelle von Verbindungselementen aus legiertem Stahl verwendet wurden, wird das Gesamtgewicht einer einzelnen Maschine um 1814 kg reduziert [2].
In den letzten Jahren wurden die Verbindungselemente aus legiertem Stahl amerikanischer Militär- und Zivilflugzeuge im Wesentlichen durch Verbindungselemente aus Titanlegierung ersetzt. Die technologische Entwicklung von Titanlegierungsmaterialien für Verbindungselemente in der Luft- und Raumfahrt in China ist jedoch relativ spät und hängt lange Zeit von Importen ab. Mit der Beschleunigung des Lokalisierungsprozesses der Titanlegierung für Verbindungselemente werden die Titanlegierungsmaterialien für Verbindungselemente weiter gekämmt
Und die Entwicklung der Technologie ist sehr notwendig.
Auf der Grundlage der Überprüfung des Anwendungsstatus von Verbindungselementen aus Titanlegierungen im In- und Ausland werden in diesem Dokument die Leistungsmerkmale von Titanlegierungsmaterialien für Verbindungselemente verglichen und analysiert. In Kombination mit den Anforderungen fortschrittlicher Flugzeuge an Hochleistungsbefestigungselemente werden verschiedene hochfeste und zähe Titanlegierungsmaterialien für Befestigungselemente und die Verarbeitungstechnologie für Befestigungselemente eingeführt.
Entwicklung und Anwendung von Titanlegierungen für Verbindungselemente
1.1 Entwicklung und Anwendung von Titanlegierungen für Verbindungselemente im Ausland
Schrauben sind in Befestigungselementen weit verbreitet. Die Scherfestigkeit und Zugfestigkeit von Schrauben aus Titanlegierung sollte das Niveau von hochfestem Stahl 30CrMnSiA erreichen. Die erste Verwendung von Verbindungselementen aus Titanlegierung lässt sich bis in die 1950er Jahre zurückverfolgen. Die Vereinigten Staaten verwendeten zuerst Ti-6Al-4V (ti-64) -Schrauben an B-52-Bombern und erzielten einen signifikanten Gewichtsreduktionseffekt [4]. Ti-64 hat eine geringe Dichte, gute Festigkeits- und Ermüdungseigenschaften, eine einfache Legierungszusammensetzung und niedrige Kosten für Halbzeuge, weshalb es weit verbreitet und entwickelt wurde. 1955 wurden 1 Million Ti-64-Titanlegierungsschrauben verwendet, und 1958 wurden 20 Millionen Schrauben verwendet, und nach und nach wurden die wichtigsten Befestigungsmaterialien in Luft- und Raumfahrtabteilungen in den USA und Westeuropa verwendet. Die kalte Plastizität von ti-64 ist jedoch sehr schlecht, und seine Form der Befestigung kann nur heiß störend sein. und spezielle Geräte wie Vakuumlösung (Wasserkühlung), Alterung und andere spezielle Geräte werden benötigt, um die Produktionskosten zu erhöhen. Gleichzeitig ist aufgrund der schlechten Härtbarkeit und des Versagens, die Leistungskonstanz bei großem Querschnitt sicherzustellen, die Schraubengröße begrenzt, die im Allgemeinen φ 19 mm nicht überschreitet. In der Folge begannen die Vereinigten Staaten, ti-3al-8v-6cr-4mo-4zr (β-C) zur Herstellung von Verbindungselementen mit einer Festigkeit von 1150 MPa zu verwenden. Aufgrund ihrer guten Härtbarkeit können sie großformatige Verbindungselemente mit einem Durchmesser von 38 mm [5]. die im Allgemeinen φ 19 mm nicht überschreitet. In der Folge begannen die Vereinigten Staaten, ti-3al-8v-6cr-4mo-4zr (β-C) zur Herstellung von Verbindungselementen mit einer Festigkeit von 1150 MPa zu verwenden. Aufgrund ihrer guten Härtbarkeit können sie großformatige Verbindungselemente mit einem Durchmesser von 38 mm [5]. die im Allgemeinen φ 19 mm nicht überschreitet. In der Folge begannen die Vereinigten Staaten, ti-3al-8v-6cr-4mo-4zr (β-C) zur Herstellung von Verbindungselementen mit einer Festigkeit von 1150 MPa zu verwenden. Aufgrund ihrer guten Härtbarkeit können sie großformatige Verbindungselemente mit einem Durchmesser von 38 mm [5].
BT16 (Ti-3Al-5Mo-4.5V) ist das Hauptbefestigungselement in Russland. Das Festigkeitsniveau der hochfesten Titanlegierung vom α + β-Typ beträgt 1030 MPa. Die wichtigsten Halbzeuge sind warmgewalzte Stangen sowie polierte Stangen und Drähte für den Kaltkopf. Sie werden hauptsächlich zur Herstellung von Verbindungselementen wie Bolzen, Schrauben, Muttern und Nieten verwendet. Die maximale Arbeitstemperatur beträgt 350 ° C. Die Festigkeit der BT16-Titanlegierung im Alterungszustand der Lösung ist geringfügig geringer als die der Ti-64-Legierung. Der Hauptvorteil der BT16-Titanlegierung besteht darin, dass sie im Glühzustand kalt gestört werden kann, was die Produktionseffizienz erheblich verbessert [6-7]. Daher ist das durch Kaltverformung hergestellte BT16-Verbindungselement in der russischen Maschinenbauindustrie weit verbreitet und hat sich zum Hauptstandardmaterial für die russische Luft- und Raumfahrt entwickelt.
Mit der Förderung von A380 und anderen fortschrittlichen Zivilflugzeugen haben europäische und amerikanische Länder begonnen, hochfeste Verbindungselemente zu untersuchen, die Inconel718-, a286- und mp35n-Superlegierungen ersetzen können. Die Kandidatenlegierungen umfassen Titanlegierungen wie β-LCB, ti-153, β 21s und ti-3553. Es gibt jedoch keinen Bericht über ihre praktische Anwendung in Verbindungselementen.
