Der Einsatz von Verbindungselementen aus Titanlegierungen ist im Ausland weit verbreitet und es kommen weiterhin verschiedene neue Verbindungselemente auf den Markt. Große zivile Verbindungselemente aus Titanlegierung kosten Hunderttausende Stück. Bei gleichem Festigkeitsindex sind Titanbefestigungen 70 % leichter als die Masse von Stahl, und die Ermüdungsfestigkeit und Empfindlichkeit gegenüber Spannungskonzentrationen von Titanlegierungen sind besser als bei ähnlichen Verwendungen von Stahl, in einer Vielzahl von Dichtungsstreifen mit hoher Korrosionsstabilität, so die Anwendung von Titan-Tight-Ringen für Luftfahrtausrüstung ist sehr wichtig.
01 Entwicklung von Verbindungselementen aus Titanlegierung
Verbindungselemente aus Titanlegierungen werden hauptsächlich in drei Arten von Materialien verwendet: Die erste Art ist eine zweiphasige Legierung mit niedrigem Mo-Äquivalent, wie z. B. Ti-6Al-4V; Die zweite Kategorie sind metastabile Legierungen, einschließlich III, Ti-44.5Nb, Ti-15-3 in den Vereinigten Staaten und TB2, TB3 und TB8 in China; Die dritte Klasse ist die unterkritische Zusammensetzung von zweiphasigen Legierungen vom Typ - wie etwa dem russischen BT16l. Die folgende Tabelle zeigt die Eigenschaften von Befestigungsmaterialien aus Titanlegierungen.
Ti{{0}}Al-4V ist eine zweiphasige Legierung mit niedrigem Mo-Äquivalent und dem niedrigsten Stabilitätskoeffizienten (nur 0,27) und dem höchsten Aluminiumäquivalent (bis zu 6) der drei Legierungen . Der Betaphasengehalt im geglühten Zustand beträgt also nur 7 % (Volumenanteil). Seine Vorteile sind die niedrigste Dichte, die beste Festigkeit und Ermüdungsleistung, die einfachste Zusammensetzung und die niedrigsten Kosten für Halbzeuge. Da jedoch die Plastizität bei Raumtemperatur nicht hoch genug ist, ist es erforderlich, bei der Verarbeitung von Verbindungselementen Induktionserwärmung zum Warmstauchen sowie eine Vakuumlösungsbehandlung und Alterungsbehandlung zu verwenden, und die Verarbeitungskosten sind hoch.
Die zweite Kategorie sind Legierungen (wie TB2, TB3, TB5, TB8 usw.), die sich völlig von -Legierungen unterscheiden und einen hohen B-Stabilitätskoeffizienten im Bereich von 1,15 bis 1,97 haben, während das Aluminiumäquivalent auf etwa 3 reduziert ist. Daher kann bei der Lösungsbehandlung eine einzelne Phase erhalten werden, sodass Schrauben und Nieten bei Raumtemperatur kalt gestaucht werden können. Die Verarbeitungskosten sind niedrig. Der Nachteil ist die hohe Dichte. Obwohl die Festigkeit mit der von Ti-6Al-4V vergleichbar ist, ist die Dauerfestigkeit nicht so gut wie die von Ti-6Al-4V, die Zusammensetzung ist komplex und die Kosten für Halbzeuge sind hoch. Aufgrund der gleichen Notwendigkeit einer Vakuumalterungsbehandlung sind die Kosten für fertige Befestigungselemente immer noch höher als bei Ti-6Al-4V und die Verwendungstemperatur ist niedriger als bei Ti-6Al-4V.
Die Dichte der BT16-Legierung ist etwas höher als die von Ti-6Al-4V, aber deutlich niedriger als die der Legierung. Der Stabilitätskoeffizient der BT16-Legierung beträgt 0,83, was zwischen den beiden oben genannten Klassen und nahe an der kritischen Zusammensetzung liegt (Stabilitätskoeffizient beträgt 1). In der binären Legierung, die aus einem stabilen Element und Ti besteht, nimmt die Korngröße mit zunehmendem Gehalt an stabilen Elementen allmählich ab. Nahe der kritischen Konzentration von l ist die Anzahl der Phasen und Phasen gleich und die Korngröße erreicht das Minimum. Mit der weiteren Zunahme stabiler Elemente nimmt die Korngröße zu. Das kleine p-Korn und der Phasengehalt von bis zu 25 % (Volumenanteil) im geglühten Zustand sorgen dafür, dass die BT16-Legierung eine hervorragende T-Plastizität bei Raumtemperatur aufweist. Daher verfügt die BT16-Legierung über die Voraussetzungen für ein schnelles Stauchen des Befestigungskopfes bei Raumtemperatur, also ein Kaltstauchen.
02 Anwendung von Verbindungselementen aus Titanlegierungen
Ti-6A1-4V ist eine zweiphasige Titanlegierung mittlerer Festigkeit mit hervorragenden Gesamteigenschaften und vollständigen Spezifikationen für Halbzeuge, darunter Stangen, Schmiedestücke, dicke Platten, Bleche, Profile und Drähte. Die Legierung kann lange Zeit bei Temperaturen von bis zu 400 °C verwendet werden, wird häufig in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt und ist das wichtigste Befestigungsmaterial in der Luft- und Raumfahrtindustrie in den USA und westeuropäischen Ländern. Russische Befestigungselemente aus Titanlegierungen verwenden hauptsächlich die Titanlegierung BT16. Die Legierung BT16 gehört zur Ti-Al-Mo-4V-Reihe – hochfeste Titanlegierungen. Die wichtigsten Halbzeuge sind warmgewalzte Stangen und kaltgestauchte Polierstäbe sowie Drahtmaterialien, die hauptsächlich zur Herstellung von Befestigungselementen wie Bolzen, Schrauben, Muttern und Nieten verwendet werden. Maximale Betriebstemperatur 350 °C. Die Festigkeit der Legierung im Zustand der Lösungsalterung ist etwas geringer als die der Ti-6Al-4V-Legierung. Der Hauptvorteil besteht darin, dass es im geglühten Zustand kalt gestaucht werden kann, was die Produktionseffizienz erheblich verbessert. Verbindungselemente aus Kaltverformung werden in der Maschinenbauindustrie in Russland häufig verwendet und sind auch die wichtigsten Standardmaterialien für die Anwendung im russischen Luft- und Raumfahrtsektor und werden auch in einigen Flugzeugtypen des Landes verwendet. Die Legierung kann in zwei Zuständen verwendet werden: Kaltverformung, Verstärkung ohne Wärmebehandlung und Warmstauchverformung, Verstärkung durch Lösungsalterung.
Die Beta-III-Legierung wurde 1969 als Befestigungsmaterial in die AMS4977-Spezifikation aufgenommen und hat einige Anwendungen in Flugzeugen, doch 1987 wurde AMS4977B angekündigt: Die Abteilung für Luft- und Raumfahrtmaterialien empfahl, die Beta-11I-Legierung nicht mehr als Standardmaterial für künftige Neuteile zu verwenden Entwürfe. Jüngsten Berichten zufolge wurde die Produktion der Legierung eingestellt. Ti-44.5Nb wurde 1974 als spezielles Material für Nieten in die AMS4982-Spezifikation aufgenommen, 2002 in AMS4982C überarbeitet und wird auch heute noch verwendet, aber nur ein kleiner Abschnitt ist am Kopf des Ti{{ 11}}Al-4V-Niet zur Kaltnietung. Ti-15-3(TB5) wurde erstmals 1984 in der AMS4914-Spezifikation als Blech aufgeführt. TB5 und TB8 werden in einem bestimmten Flugzeugtyp in China als passende Nieten und Schrauben für Schleppfallschirmbalken und Lufthaube (Hochtemperatur) verwendet verwenden). TB2 und TB3 sind von unserem Land entwickelte Legierungen. TB2 wurde zunächst für Blechteile und später bei einigen Modellen als Nietgerät verwendet.
TB3 begann als Material für die Bolzenentwicklung und wurde auch in einigen Modellen verwendet.
