Представлен статус разработки титанового сплава для авиационного крепежа.
Крепежные детали из титанового сплава широко используются в авиакосмической отрасли из-за их низкой плотности, высокой удельной прочности и коррозионной стойкости. Рассмотрено состояние разработки материалов из титановых сплавов для авиационного крепежа. Наряду с разработкой титанового сплава для крепежа, представлен статус применения титанового сплава для крепежа в стране и за рубежом, а также сравниваются и анализируются эксплуатационные характеристики материалов из титанового сплава для крепежа. В то же время, в сочетании с требованиями современных самолетов к высокопроизводительным крепежным изделиям, вводятся несколько высокопрочных и ударопрочных материалов из титановых сплавов для крепежных изделий и технологии их обработки.
Болты, шпильки, винты, гайки, шайбы, штифты, заклепки и другие крепежные детали широко используются в самолетостроении. Количество креплений и упругих элементов, используемых в самолете, составляет от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов. Например, в российском самолете Ил-96 количество крепежных элементов составляет 142000, у одного воздушного пассажирского А380 - более 1 миллиона, а у Boeing 787 - более 1 миллиона. Были случаи задержки доставки из-за нехватка крепежа. По мере совершенствования передовой природы самолетов требования к материалам крепежа становятся все выше и выше. Титановый сплав с высокой потерей веса, коррозионной стойкостью, немагнитными свойствами и хорошей совместимостью с композитами стал лучшим выбором для современных материалов для крепления самолетов. Крепежи из титанового сплава широко используются в военных истребителях и транспортных самолетах, таких как F-16, F-18, F-35, F-22, C-17 и т. Д., И [1-3] достигли хороших результатов, F -15. Крепеж из титанового сплава для самолетов-истребителей составляет 73% всех крепежных элементов самолетов. 423000 штифтов из титанового сплава и 241000 болтов из титанового сплава используются в большом военно-транспортном самолете С-17. После использования крепежа из титанового сплава BT16 массой 940 кг в пассажирском самолете Figure-204 вес самолета снижается до 688 кг. После того, как в самолетах Boeing 747 вместо креплений из легированной стали используются крепежные элементы из титанового сплава, общий вес отдельной машины снижается на 1814 кг [2]. Крепеж из титанового сплава для самолетов-истребителей составляет 73% всех крепежных элементов самолетов. 423000 штифтов из титанового сплава и 241000 болтов из титанового сплава используются в большом военно-транспортном самолете С-17. После использования крепежа из титанового сплава BT16 массой 940 кг в пассажирском самолете Figure-204 вес самолета снижается до 688 кг. После того, как в самолетах Boeing 747 вместо креплений из легированной стали используются крепежные элементы из титанового сплава, общий вес отдельной машины снижается на 1814 кг [2]. Крепеж из титанового сплава для самолетов-истребителей составляет 73% всех крепежных элементов самолетов. 423000 штифтов из титанового сплава и 241000 болтов из титанового сплава используются в большом военно-транспортном самолете С-17. После использования крепежа из титанового сплава BT16 массой 940 кг в пассажирском самолете Figure-204 вес самолета снижается до 688 кг. После того, как в самолетах Boeing 747 вместо креплений из легированной стали используются крепежные элементы из титанового сплава, общий вес отдельной машины снижается на 1814 кг [2].
В последние годы крепежные детали из легированной стали американских военных и гражданских самолетов были в основном заменены крепежными элементами из титанового сплава. Однако разработка технологий изготовления материалов из титановых сплавов для аэрокосмических крепежных изделий в Китае происходит относительно поздно и в течение длительного времени зависит от импорта. С ускорением процесса локализации титанового сплава для крепежных деталей материалы из титанового сплава для крепежных деталей дополнительно расчесываются.
И развитие технологий очень необходимо.
На основе обзора статуса применения крепежных изделий из титановых сплавов в стране и за рубежом в данной статье сравниваются и анализируются эксплуатационные характеристики материалов из титановых сплавов для крепежных изделий. В сочетании с требованиями современных самолетов к высокопроизводительным крепежным изделиям, представлены несколько высокопрочных и ударопрочных материалов из титановых сплавов для крепежных элементов и технологии обработки крепежных элементов.
Разработка и применение титанового сплава для крепежа.
1.1 разработка и применение титанового сплава для крепежа за рубежом
Болты широко используются в крепежных изделиях. Прочность на сдвиг и разрыв болтов из титанового сплава должна быть на уровне высокопрочной стали 30CrMnSiA. Первое использование крепежа из титанового сплава восходит к 1950-м годам. США впервые применили болты из Ti-6Al-4V (ти-64) на бомбардировщиках B-52 и добились значительного эффекта снижения веса [4]. Ti-64 обладает низкой плотностью, хорошими прочностными и усталостными свойствами, простым составом сплава и низкой стоимостью полуфабрикатов, поэтому он получил широкое распространение и развитие. В 1955 году было использовано 1 миллион болтов из титанового сплава Ti-64, а в 1958 году было использовано 20 миллионов болтов, которые постепенно стали основными крепежными материалами, используемыми в аэрокосмических ведомствах США и Западной Европы. Однако пластичность ти-64 при низких температурах очень низкая, и формирование его крепежа может осуществляться только путем горячей высадки. и требуется специальное оборудование, такое как вакуумный раствор (водяное охлаждение), старение и другое специальное оборудование, поэтому стоимость производства увеличивается. В то же время из-за плохой закаливаемости и невозможности обеспечить постоянство характеристик при большом поперечном сечении размер болта ограничен, который обычно не превышает φ 19 мм. Впоследствии в США стали использовать Ti-3al-8v-6cr-4mo-4zr (β - C) для изготовления крепежных изделий с уровнем прочности 1150 МПа, а благодаря хорошей прокаливаемости он может производить крепежные детали большого размера с диаметром 38 мм [5]. которая обычно не превышает φ 19 мм. Впоследствии в США стали использовать Ti-3al-8v-6cr-4mo-4zr (β - C) для изготовления крепежных изделий с уровнем прочности 1150 МПа, а благодаря хорошей прокаливаемости он может производить крепежные детали большого размера с диаметром 38 мм [5]. которая обычно не превышает φ 19 мм. Впоследствии в США стали использовать Ti-3al-8v-6cr-4mo-4zr (β - C) для изготовления крепежных изделий с уровнем прочности 1150 МПа, а благодаря хорошей прокаливаемости он может производить крепежные детали большого размера с диаметром 38 мм [5].
БТ16 (Ti-3Al-5Mo-4.5V) - основной крепеж в России. Уровень прочности высокопрочного титанового сплава типа α + β составляет 1030 МПа. Основными полуфабрикатами являются горячекатаный пруток, пруток полированный и проволока для холодной высадки. В основном они используются для изготовления крепежных деталей, таких как болты, винты, гайки и заклепки. Максимальная рабочая температура 350 ℃. Прочность титанового сплава ВТ16 в состоянии старения в растворе несколько ниже, чем у сплава Ти-64. Основным преимуществом титанового сплава ВТ16 является то, что он может подвергаться холодной осадке в состоянии отжига, что значительно повышает эффективность производства [6-7]. Таким образом, застежка ВТ16, изготовленная методом холодной деформации, получила широкое распространение в машиностроении России и стала основным стандартным материалом в российской аэрокосмической отрасли.
С продвижением A380 и других передовых гражданских самолетов европейские и американские страны начали изучать высокопрочные крепежные детали, которые могут заменить суперсплавы Inconel718, a286 и mp35n. Сплавы-кандидаты включают титановые сплавы, такие как β-LCB, ti-153, β 21s и ti-3553. Однако отчета об их практическом применении в крепежных изделиях нет.
