Anwendung von Materialien aus Titanlegierungen in Chinas Luftfahrtverbindungselementen

Die Titanlegierung als aufstrebender Konstruktionswerkstoff wurde in der Mitte des 20. Jahrhunderts aufgrund seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit, seiner hohen spezifischen Festigkeit und seiner Nichtmagnetizität entdeckt und entwickelt. Eine Reihe von Vorteilen in der Luft- und Raumfahrt und in anderen Bereichen der High-End-Industrie wurden umfassend genutzt. In den 1950er Jahren begannen die Vereinigten Staaten mit der Verwendung von Titanlegierungen für die Herstellung von Befestigungselementen für die Luftfahrt, China begann in den 1980er Jahren mit der Verwendung von Titanlegierungen für die Herstellung einer kleinen Anzahl von technischen Befestigungselementen für die Luft- und Raumfahrt; nach dem Eintritt in das 21, mit dem Gesamtniveau der Fertigungstechnologie der chinesischen Luft- und Raumfahrtindustrie, Luftfahrt Verbindungselemente aus Titanlegierungen und deren Verarbeitungs- und Herstellungstechnologie, um eine systematische und spezialisierte Entwicklung zu erreichen.

Titan und Titanlegierungen haben herausragende Vorteile wie eine hohe spezifische Festigkeit, eine gute Korrosionsbeständigkeit und eine hohe Temperaturbeständigkeit, was sie zu vielversprechenden metallischen Strukturmaterialien in der modernen Luft- und Raumfahrtindustrie macht. Seit den 1950er Jahren wurde in den Vereinigten Staaten zum ersten Mal das Ti-6Al-4V Bolzen aus Titanlegierung die in den B-52-Bombern verwendet wurden, eine sehr gute Gewichtsreduzierung erzielt; die Luftfahrtindustrie der Industrieländer hat die Verbindungselemente aus Titanlegierung Forschung und technische Anwendungen. Verbindungselemente aus Titanlegierungen, die meist eine geringere Festigkeit als die Stahlverbindungselemente aufweisen, haben bei der Gewichtsreduzierung von Flugzeugen sehr gute Ergebnisse erzielt. So wurde z.B. bei der Boeing 747 die strukturelle Qualität des Flugzeugs durch den Einsatz von Titan anstelle von Stahl um 1814 kg reduziert. Das russische Flugzeug IL-96 mit 142.000 Befestigungselementen aus Titanlegierungen reduzierte das Gewicht des Stahls um bis zu 600 kg. 204 Flugzeuge mit 940 kg BT16 Befestigungselementen aus Titanlegierungen reduzierten das Stahlgewicht um 688 kg. Titanlegierungen haben das gleiche positive Leistungspotenzial wie Kohlefaserverbundwerkstoffe und entsprechen der Festigkeit von Befestigungselementen aus Titanlegierungen. Die positive potenzielle Leistung der Titanlegierung entspricht der von Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffen. Sie verhindert wirksam die galvanische Korrosion der Verbindungselemente und macht die Titanlegierung zum besten Verbindungsmaterial für Verbundwerkstoffe. Daher steigt mit der zunehmenden Verwendung von Titanlegierungen und Verbundwerkstoffen in modernen militärischen und zivilen Flugzeugen auch die Nachfrage nach Verbindungselementen aus Titanlegierungen. Die Einsatztemperatur von Aluminiumlegierungen ist höher als 150-200 ℃; für die Struktur des Flugzeugs, aufgrund der hohen Betriebstemperatur und kann nicht Aluminiumlegierung Befestigungsteile verwenden, Titanlegierung wird eine bessere Wahl sein. Darüber hinaus hat die Titanlegierung eine gute Elastizität und ist nicht magnetisch, um ein Lösen der Befestigungsschrauben zu verhindern. Auch die antimagnetische Interferenz spielt eine wichtige Rolle.
In der militärischen und zivilen Luftfahrt der Vereinigten Staaten haben Befestigungselemente aus Titanlegierungen die Befestigungselemente aus Stahl ersetzt. Die Verwendung ausländischer Verbindungselemente aus Titanlegierungen ist weit verbreitet; die Anzahl der Verbindungselemente aus Titanlegierungen für große Zivilflugzeuge hat Hunderttausende von Stück erreicht, während verschiedene neue Arten von Verbindungselementen aus Titanlegierungen ebenfalls ständig entwickelt werden. Die Geschichte der Entwicklung von Befestigungselementen aus Titanlegierungen in China lässt sich bis ins Jahr 1965 zurückverfolgen. Das Chengdu Aircraft Design Institute schlug entsprechend den Anforderungen des neuen Flugzeugs die Entwicklung von Nieten aus Titanlegierungen vor, und in den 1970er Jahren wurden in einigen chinesischen Militärflugzeugen der zweiten Generation eine kleine Anzahl von Nieten, Schrauben und anderen Befestigungselementen aus Titanlegierungen verwendet. In den späten 1990er Jahren, mit der dritten Generation ausländischer schwerer Kampfflugzeuge, wurden Nieten, Schrauben und andere Verbindungselemente aus Titanlegierungen hergestellt. In den späten 1990er Jahren, mit der Einführung ausländischer Produktionslinien für schwere Kampfflugzeuge der dritten Generation und der Entwicklung inländischer Kampfflugzeuge der dritten Generation sowie zahlreicher Luftfahrt-Zulieferbetriebe, begann die chinesische Luftfahrtindustrie, einige Verbindungselemente aus Titanlegierungen zu verwenden. In den letzten Jahren mit der Entwicklung der chinesischen Luft- und Raumfahrtindustrie, die inländischen relevanten Einheiten gezielt auf die Durchführung einer großen Anzahl von grundlegenden Materialien und Verbindungselementen Fertigungstechnologie Forschungs-und Entwicklungsarbeit, derzeit Chinas unabhängige Forschung und Entwicklung und Produktion von Titan-Legierung Verbindungselemente wurden in Chinas modifizierte Flugzeuge und das neue Design des Flugzeugs, um eine große Anzahl von technischen Anwendungen zu erhalten.

1. Materialien aus Titanlegierungen für Nietverschlüsse

Befestigungselemente In der Luft- und Raumfahrtindustrie werden hauptsächlich Nieten, Bolzen und spezielle Verbindungselemente in 3 Kategorien verwendet. Bei Nieten ist das Wichtigste die Kaltplastizität des Materials. Nur die Kaltplastizität des Materials, aus dem die Nieten hergestellt werden, kann für die Kaltnietmontage verwendet werden. In der Regel sind die Anforderungen an die Festigkeit nicht zu hoch, und hohe Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit der Teile der Titanlegierung Nieten, β-Typ Titanlegierung aufgrund der Mischkristallzustand für eine einzige β-Korn, und weil es einen Körper-zentrierte kubische Anordnung der atomaren Struktur, so dass diese Art von Legierung hat sehr ausgezeichnete Kaltumformung Eigenschaften, sehr geeignet für die Herstellung von Titanlegierung Nieten.

1.1 TB2 Titan-Legierung

Die Entwicklung von Befestigungselementen aus Titanlegierungen in China beginnt mit TB2-Nieten aus Titanlegierungen. 1965 plant das Chengdu Aircraft Design and Research Institute bei der Entwicklung des neuen Flugzeugs die Verwendung von Nieten aus Titanlegierungen für die Strukturkomponenten des Rumpfes und legt die Demonstration und das Design vor. 1970 begannen das Chengdu Aircraft Design Institute und die Chengdu Aircraft Corporation in Zusammenarbeit mit dem Tianjin Metallurgical Bureau Materials Research Institute und dem Nonferrous Metals Research Institute mit der Erforschung der Entwicklung und Anwendung von TB2-Titanlegierungsnieten und schlossen nacheinander die Entwicklung von TB2-Titanlegierungswerkstoffen, die Erforschung des Kaltstauchens von Drahtwerkstoffen und Nieten, Nietteststudien usw. ab. 1979 wurde die technische Bewertung der entsprechenden Arbeiten abgeschlossen und die vorläufigen technischen Bedingungen formuliert. Die TB2-Titanlegierung ist eine substabile β-Titanlegierung mit der Nennzusammensetzung Ti-3Al-8Cr-5Mo-5V. Die Legierung hat im Zustand der Mischkristallbehandlung hervorragende Kaltverformungseigenschaften und Schweißleistungen. China wird hauptsächlich für die Herstellung von Satelliten-Wellschalen, Stern- und Pfeil-Verbindungsbändern und alle Arten von Kaltstauchnieten verwendet, und manchmal auch für die Herstellung von kleinen Schrauben. Bei der Herstellung von Verbindungselementen für die Luftfahrt liegt die Einsatztemperatur in der Regel unter 300 ℃; Verbindungselemente für die Luft- und Raumfahrt können in kurzer Zeit bis zu 500 ℃ verwendet werden.
Im Jahr 1986 veröffentlichte China die erste spezielle Norm für Verbindungselemente aus Titanlegierungen, GJB120-1986 "Niete aus Titanlegierungen". 1990 veröffentlichte China die zweite und dritte spezielle technische Norm für Verbindungselemente aus Titanlegierungen, GJB856-90 "Spezifikation für Ringnutniete aus Titanlegierungen" und GJB857.1-90 "100 ° Senkkopf Zug-Titan-Legierung in den Ring Nut Nieten", die drei Standards sind TB2 Titan-Legierung Nieten besondere technische Standards, auf alle Arten von Spezifikationen von TB2 Nieten für eine klare Spezifikation für seine konstruierte Batch-Produktion und Anwendung der Standard-Basis. Die von TB2 hergestellten Nieten aus Titanlegierung haben in der chinesischen Luft- und Raumfahrtindustrie in mehreren Modellen eine große Anzahl von Anwendungen erhalten. Gleichzeitig haben die Produkte in der Luftfahrt ebenfalls eine gewisse Anzahl von Anwendungen erhalten und gute Ergebnisse erzielt.

1.2 TB5 Titan-Legierung

Die Titanlegierung TB5 ist eine substabile β-Typ-Titanlegierung; ihre nominelle Zusammensetzung ist Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al. Die Legierung wurde zunächst mit finanzieller Unterstützung der U.S. Air Force entwickelt, Lockheed Martin legte die Zusammensetzung fest und TIMET führte die Serienproduktion durch. Die Legierung hat ausgezeichnete Kaltumformungseigenschaften, ihre Kaltumformungsfähigkeit und reines Titan, kann in einem festen Lösungszustand für eine Vielzahl von komplexen Teilen der Kaltumformung (wie Nieten genietet), Alterung Raumtemperatur Zugfestigkeit von bis zu 1000MPa oder mehr, die Legierung aufgrund des hohen Gehalts an seiner V-Element, Antioxidans Leistung ist schlecht, in der Regel in der 200 ℃ unter der Arbeitsumgebung, aber die Legierung hat eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit.
Pratt & Whitney in den Vereinigten Staaten bei der Herstellung von Triebwerken auf eine große Anzahl von Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al Titan-Legierung als Halterung, die US-B-1B-Bomber Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al Titan-Legierung Teile der Menge von mehr als 1.000, Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al Titan-Legierung Verbindungselemente in der Boeing Airplane ist auch seit vielen Jahren verwendet. Unser Land verwendet die Titanlegierung TB5 als Ersatz für 30CrMnSiA zur Herstellung eines bestimmten Schirmträgers für Kampfflugzeuge und zur Herstellung von Riffelblechen für Satellitentriebwerke und anderen Teilen. Gleichzeitig wird die Titanlegierung TB5 zur Herstellung von Schirmträgern für Kampfflugzeuge und Riffelblechen für Satelliten verwendet, die den Einsatz von Kaltstauchnieten unterstützen.

1.3 Ti-45Nb-Legierung

Die Legierung Ti-45Nb ist eine Art Spezialwerkstoff für Nieten. Ihre herausragenden Vorteile sind die hohe Plastizität (die Dehnung kann bis zu mehr als 20% betragen, die Querschnittsschrumpfung ist so hoch wie 60%-80%), die hervorragende Kaltumformbarkeit, ihre Scherfestigkeit (τ ≥ 350MPa) und Zugfestigkeit (σ_b ≥ 450MPa) sind höher als die von Reintitan. Der Widerstand gegen Kaltverformung ist geringer als der von reinem Titan, was für die Herstellung von Nieten für Verbindungen aus Verbundwerkstoffen geeignet ist. Material. Die Vereinigten Staaten haben für die Ti-45Nb-Legierung viel Grundlagenforschung betrieben; die technologische Entwicklung ist ausgereifter und wurde 1974 in die Spezifikation AMS4982 aufgenommen, die 2002 zu AMS 4982C überarbeitet wurde und weit verbreitet ist. In den Vereinigten Staaten wurde die Legierung Ti-45Nb bei Nieten für die Luft- und Raumfahrt vollständig durch reines Titan ersetzt. Die Legierung und die Ti-6Al-4V-Legierung, die aus bimetallischen Nieten besteht, hat in den Flugzeugen von Airbus und Boeing viele Anwendungen gefunden.
Um den Anforderungen einer hohen Scherfestigkeit gerecht zu werden, erlaubt der Installationsprozess keine Verformung der Nietstangenniete. In der Regel werden bimetallische Titannieten verwendet. Bimetallische Titannieten bestehen aus einer Ti-6Al-4V-Nagelstange und einem Ti-45Nb-Kopf, die nach dem Trägheitsreibschweißen fest miteinander verschmolzen sind, um einen massiven Niet zu bilden. Nur ein kleiner Schlag kann bei dieser bimetallischen Nietung zu einer plastischen Verformung des Ti-45Nb-Nietkopfes führen, während der Ti-6Al-4V-Nietschaft nicht verformt wird. Bimetallische Nieten aus Titanlegierungen werden im B-1-Bomber, bei Boeing und anderen Flugzeugen häufig für genietete Bauteile aus Titanlegierungen und Verbundwerkstoffen verwendet. So werden z.B. an der Vorderkante des Flügels des US-Kampfflugzeugs F-14 4000 Bimetallnieten verwendet. Die Ermüdungsleistung und die hohen Verriegelungsbolzen sind vergleichbar mit den Kosten für 50%, 30% -40% leichter, so dass die Kosten für einen solchen Bimetallniet niedriger sind als für andere β-Titanlegierungsnieten. In den letzten Jahren hat China auch Bimetall- und Ti-45Nb-Nieten entwickelt, die in einer neuen Generation von Flugzeugverbundwerkstoff-Hautnieten in technischen Anwendungen eingesetzt werden.

2. Bolzenverschlüsse mit Titanlegierung

In der Luft- und Raumfahrt werden die meisten Schrauben aus Titanlegierungen verwendet. Schrauben aus Titanlegierungen können je nach Verwendungszweck in normale Schrauben, hochfeste Schrauben und Interferenzschrauben unterteilt werden. Seit der Herstellung von Schrauben aus Titanlegierungen erfordern die allgemeinen Anforderungen an die Wärmebehandlung zur Erzielung einer hohen Zug- und Scherfestigkeit in der Regel eine vergleichbare Festigkeit wie 30CrMnSiA hochfester legierter Stahl.

2.1 Titanlegierung TC4 (σ_b ≥ 1100MPa Niveau)

TC4 (U.S. Grade Ti-6Al-4V/UNS R56400/ASTM Grade 5/Ti64) ist eine Titanlegierung, die erstmals 1954 von den Vereinigten Staaten entwickelt wurde und sich zu einer internationalen Titanlegierung entwickelt hat. Sie wird in der Luft- und Raumfahrt, im zivilen Bereich und in anderen Industriezweigen weit verbreitet eingesetzt. Es wird für die Herstellung von Trägern, Rahmen, Fahrwerken, Befestigungselementen, Ventilatoren für Flugzeugtriebwerke, Kompressorscheiben, Magazinen, Schaufeln usw. verwendet. Sie wird auch in vielen anderen Industriezweigen verwendet und macht mehr als die Hälfte der Produktion von Titanlegierungen aus. Die Legierung hat eine gute Prozessplastizität und Superplastizität, eine α + β / β-Übergangstemperatur von 980-1010°C und eine Langzeitarbeitstemperatur von bis zu 400°C. 1973 begann China mit der Erforschung und technischen Anwendung der Legierung, um mit der Entwicklung der Schaufeln des Turbofan-8-Triebwerks aus der Titanlegierung TC4 zusammenzuarbeiten.
1956 verwendeten die Vereinigten Staaten die Titanlegierung TC4 (Ti-6Al-4V) und stellten die weltweit erste Charge von Schrauben aus Titanlegierungen her, die zuerst im B-52-Bomber (anstelle der ursprünglichen 30CrMnSiA-Schrauben) verwendet wurden. Fast alle westlichen Flugzeuge stellen Schrauben in vielen TC4 (Ti-6Al-4V) Titanlegierungen her. Aber da TC4 (Ti-6Al-4V) eine α+β-Duplex-Legierung ist, kann sie nicht durch Kaltstauchen geformt werden; ihr Nagelkopf muss durch Erwärmen gestaucht werden, die Wärmebehandlung erfordert ein Vakuum-Wasserabschrecken und eine Alterung, die Anforderungen an die Verarbeitungsausrüstung und die Technologie sind hoch. In den späten 1980er Jahren erforschten die zuständigen Stellen in China die Technologie des Warmstauchens von Verbindungselementen aus TC4-Titanlegierungen und entwickelten nach und nach Werkzeugmaschinen für das Warmstauchen. Die Industrialisierung von Verbindungselementen aus TC4-Titanlegierungen wurde in den 1990er Jahren realisiert. Die industrialisierte Produktion von Verbindungselementen aus TC4-Titanlegierungen wurde in den 1990er Jahren eingeführt. Gegenwärtig verfügen viele Fabriken für Normteile für die Luft- und Raumfahrt in China über die Warmumformungsausrüstung und die technischen Fähigkeiten für die Massenproduktion von Schrauben aus der TC4-Titanlegierung. Die Schrauben aus der TC4-Titanlegierung werden in einer Vielzahl von technischen Anwendungen in Chinas Militärflugzeugen der neuen Generation, Luft- und Raumfahrzeugen und Satelliten eingesetzt.

2.2 Titanlegierung TC6 (σ_b≥980MPa)

Um den Hochtemperaturanforderungen von Flugzeugtriebwerken gerecht zu werden, hat das Beijing Aviation Manufacturing Engineering Research Institute eine hochtemperaturbeständige Titanlegierung entwickelt, die bis zu 500 ℃ unter der TC6 (russisches Material BT3-1) liegt, verglichen mit der TC4-Titanlegierung; das Material ist temperaturempfindlicher, die Verbindungselemente sind schwieriger herzustellen. Die Legierung ist die sowjetische Union-entwickelte Titanlegierung BT3-1 mit der nominellen Zusammensetzung Ti-6Al-2,5Mo-1,5Cr-0,5Fe-0,3Si, die derzeit in Russland weit verbreitet ist. China hat 1979 mit dem WP13 Triebwerk TC6 Titanlegierung Schwanzstange und andere Komponenten und die Unterstützung der Entwicklung von Verbindungselementen, die Legierung der Nachahmung Arbeit und Anwendung der Forschung Arbeit.
Die TC6-Legierung ist eine umfassende Leistung einer guten martensitischen α + β-Typ Duplex-Titanlegierung, die in der Regel im geglühten Zustand verwendet wird und auch mit einer geeigneten Wärmebehandlung verstärkt werden kann. Die Legierung hat eine gute Leistung, Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit ist sehr gut, und die hergestellten Teile können für eine lange Zeit bei 400 ℃ für mehr als 6000h und 450 ℃ für eine lange Zeit bei 450 ℃ für mehr als 2000h arbeiten. Isothermische Glühbehandlung Raumtemperatur Zugfestigkeit größer als 980MPa, Streckgrenze größer als 840MPa, Dehnung größer als 10%, Schnittschrumpfung größer als 25%. 400 ℃ Hochtemperatur-Zugfestigkeit größer als 720MPa, Dehnung größer als 14%, Querschnittsschrumpfung größer als 40%. Es kann auch eine "Mischkristall- und Alterungsbehandlung" durchgeführt werden, um seine Festigkeit weiter zu verbessern.

2.3 TC16 (σ_b≥1030MPa Niveau)

Gegenwärtig werden die meisten Verbindungselemente aus Stahl im Kaltstauchverfahren hergestellt, und nur einige wenige der größeren Größen werden im Warmstauchverfahren verarbeitet. Das Kaltstauchverfahren ermöglicht die kontinuierliche Herstellung großer Mengen von Verbindungselementen. Die meisten industriellen Titanlegierungen können jedoch aufgrund ihrer schlechten Kaltverformungseigenschaften nicht im Kaltstauchverfahren verarbeitet werden. Daher werden in den westlichen Ländern Verbindungselemente aus TC4-Titanlegierungen hauptsächlich im Warmstauchverfahren hergestellt. Die Nachteile des Warmstauchverfahrens sind: Lokale Verbrennungen und Überhitzungen sowie Oberflächenoxidation treten leicht auf, wenn die Rohlinge erhitzt werden, gleichzeitig ist es nicht einfach, die Automatisierung des kontinuierlichen Stauchens zu realisieren, und die Produktionseffizienz ist gering. Um die Produktionseffizienz von Verbindungselementen aus Titanlegierungen und die Stabilität ihrer Qualität zu verbessern, wurde in der ehemaligen Sowjetunion die Titanlegierung BT16 für das Kaltstauchen von Verbindungselementen entwickelt, die die Entwicklung der Kaltstauchtechnologie für Verbindungselemente aus Titanlegierungen vorantrieb. Sie fand zahlreiche technische Anwendungen in den Flugzeugen IL76, IL86, IL96, AN124, Su27 und anderen sowjetischen (russischen) Flugzeugen.
BT16 (unsere Nachahmung TC16) ist eine Titanlegierung mit der nominellen Zusammensetzung Ti-3Al-5Mo-4,5V. Die Legierung ist eine martensitische α + β-Typ Duplex-Titanlegierung mit einem β-Stabilisierungskoeffizienten von 0,83, nahe der kritischen Zusammensetzung. Die Titanlegierung wird hauptsächlich bei der Herstellung von Befestigungselementen für die Luft- und Raumfahrt mit einer Betriebstemperatur von 350°C oder weniger verwendet und die Legierung hat eine α+β/β-Übergangstemperatur von (860±20) °C. Wichtig sind auch die kleineren β-Körner und die höhere α+β-Übergangstemperatur von (860±20)°C in der Titanlegierung. Kleinere β-Körner und im geglühten Zustand von bis zu 25% des Volumenanteils der β-Phase bestimmen, dass die BT16-Legierung eine ausgezeichnete Plastizität bei Raumtemperatur aufweist, so dass die Legierung bei Raumtemperaturbedingungen des Schraubenkopfes von kaltstauchenden Verbindungselementen fertiggestellt werden kann, was die Effizienz der Schraubenproduktion erheblich verbessert, die Produktionskosten senkt und anschließend bei der anschließenden Mischkristallhärtung seine Festigkeit von bis zu 1030-1180 MPa erhöht. Russland (ehemalige Sowjetunion) (Ehemalige Sowjetunion) Schrauben aus Titanlegierungen werden seit Jahrzehnten hauptsächlich aus der Titanlegierung BT16 hergestellt, ohne dass es zu Qualitätsproblemen kommt. In den 1990er Jahren führte Russland die Su-27-Flugzeugproduktionslinie ein. Um die Anforderungen der Su-27-Flugzeuge zu erfüllen, führten die entsprechenden inländischen Einheiten sofort die Lokalisierung der BT16-Titanlegierung und ihrer Verbindungselemente durch; unser Land übernahm den Namen der TC16-Titanlegierung. Chinas unabhängige Entwicklung und Produktion von Schrauben aus der TC16-Titanlegierung wurden in den heimischen Kampfflugzeugen der dritten Generation für viele technische Anwendungen eingesetzt.

2.4 TB3 (σ_b ≥ 1100MPa Grad)

In den 1970er und 1980er Jahren wurden Schrauben aus Titanlegierungen mit einem Druck von 1100 MPa für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt in westlichen Industrieländern wie den Vereinigten Staaten hauptsächlich aus der Titanlegierung TC4 (Ti-6Al-4V) hergestellt, die im Warmumformverfahren produziert wurde. Ende der 1970er und Anfang der 1980er Jahre bestand in unserem Land ein dringender Bedarf an Schrauben und Verbindungselementen aus einer Titanlegierung mit 1100 MPa für die Verbindung von Verbundwerkstoffstrukturen. Aufgrund der begrenzten Möglichkeiten der Warmumformungsanlagen (damals gab es in China keine Warmumformungsanlagen) waren wir jedoch nicht in der Lage, Schrauben aus der Titanlegierung TC4 (Ti-6Al-4V) mit 1100 MPa zu entwickeln und zu produzieren, und wir konzentrierten uns hauptsächlich auf die Entwicklung von Schrauben aus einer β-Typ-Titanlegierung, die direkt kalt umgeformt werden können. Vor diesem Hintergrund wurde die TB3-Titanlegierung entwickelt. Die Zusammensetzung der TB3-Legierung basiert auf der Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al-Titanlegierung, die von der American Titanium Metal Company im 20.
Die Titanlegierung TB3 ist eine wärmebehandelbare, verstärkte, substabile β-Typ-Titanlegierung; die nominelle Zusammensetzung ist Ti-10Mo-8V-1Fe-3,5Al. Der Hauptvorteil dieser Legierung ist, dass der Zustand der Mischkristallbehandlung hervorragende Kaltverformungseigenschaften aufweist, das Kaltstauchverhältnis (Dt/D0) beträgt bis zu 2,8, das System "Mischkristall + Alterung" kann nach der Behandlung eine hohe Festigkeit erzielen. Nach der Behandlung kann eine hohe Festigkeit erzielt werden, die hauptsächlich für die Herstellung von hochfesten Luft- und Raumfahrtverbindungselementen der Klasse 1100MPa mit einer Betriebstemperatur unter 300°C verwendet wird. Im Oktober 1982 begann China mit der Entwicklung von Schrauben aus der Titanlegierung TB3. 1985 machte die Entwicklungsarbeit Fortschritte und es wurden die entsprechenden technischen Spezifikationen festgelegt. Mitte bis Ende der 1980er Jahre wurde die einheimische TB3-Titanlegierung zu hochsicheren Schrauben und Interferenzschrauben verarbeitet, die in der Verbundstruktur von Flugzeugen und in der Metallstruktur von Chinas Schrauben und Verbindungselementen aus Titanlegierungen eingesetzt wurden, um eine gewisse Erfahrungsbasis zu schaffen. Die Legierung ist heute in der Herstellung von 1100MPa Titanlegierungsschrauben weit verbreitet und wurde erfolgreich in den Flugzeugen Y-7, J-8 und J-10 sowie in einigen Raumfahrzeugen eingesetzt. Die Titanlegierung TB3 hat sich zum Hauptmaterial für Schrauben aus Titanlegierungen für Luft- und Raumfahrzeuge entwickelt, die in China industriell hergestellt werden können. Gleichzeitig wird die Titanlegierung auch für die Herstellung von Nieten verwendet. 2006 wurde in China die Norm GJB120-2006 "Nieten aus Titan und Titanlegierungen" veröffentlicht, in der TB3-Titan als Nietmaterial formell aufgenommen wurde.

2.5 TB8 Titanlegierung (σ_b ≥ 1280MPa Grad)

Mit der rasanten Entwicklung der Luft- und Raumfahrttechnik in den militärischen und zivilen Flugzeugen, die in der mechanischen Verbindungstechnik verwendet werden, werden die Anforderungen immer höher, der technische Inhalt der verwendeten Standardteile wird ebenfalls immer höher, und seine Rolle im Flugzeug ist nicht nur "Befestigung", "Verbindung" Rolle. Dennoch ist sie ein wichtiger Bestandteil bei der Realisierung der Leistung des Flugzeugs geworden. Vielmehr ist es zu einer wichtigen strukturellen Komponente geworden, um die Leistung der gesamten Maschine zu realisieren. Der zukünftige Entwicklungstrend in der Luft- und Raumfahrttechnik erfordert eine neue Art von Verbindungselementen mit hoher spezifischer Festigkeit, d.h. leicht und hochfest. Daher entwickeln die Vereinigten Staaten, Russland, Frankreich und andere Weltmächte der Luftfahrt aktiv hochfeste Titanlegierungen mit einer Zugfestigkeit von über 1200 MPa und deren Verbindungselemente. In den letzten Jahren hat Alcoa Timetal555 hochfeste Schrauben aus einer Titanlegierung entwickelt, deren Zugfestigkeit bei Lösungsalterung 1300MPa oder mehr beträgt, die doppelte Scherfestigkeit mehr als 745MPa, die Dehnung mehr als 10%, die Leistungsindikatoren erfüllen vollständig die Anforderungen der typischen 1250MPa kadmierten Befestigungselemente aus legiertem Stahl. PS Aviation Fastener Group verwendet SPSTITANTM761 Titanlegierung Verarbeitung und Herstellung von Schrauben Aerlite180, seine Zugfestigkeit von bis zu 1240MPa, Scherfestigkeit von bis zu 745MPa, erreicht viele legierten Stahl, und korrosionsbeständige Legierungen Verbindungselemente der Ebene der Stärke, und zur gleichen Zeit das Gewicht um 40%.
Um dem internationalen Entwicklungstrend bei Befestigungselementen aus Titanlegierungen für die Luft- und Raumfahrt zu folgen, haben XITU Super Crystal Company und Xinyang Aerospace Standard Parts Factory in den letzten Jahren gemeinsam ein Befestigungselement mit speziellen Stäben und Drähten aus TB8-Titanlegierung und hochfesten 1280MPa-Schrauben und -Verbindungselementen entwickelt, deren Spezifikationen von φ4-φ25 reichen. TB8 Titanlegierung ist Chinas Nachahmung der β21S Titanlegierung der Vereinigten Staaten von Amerika, die nominelle Zusammensetzung des Ti - 3Al - 2.7 Nb-15Mo. Die β21S-Legierung wurde 1989 von der United States Titanium Metal Company (Timent) im Rahmen des NASP-Programms zur Entwicklung einer substabilen β-Typ-Titanlegierung entwickelt. Die β21S-Titanlegierung verfügt über ausgezeichnete Heiß- und Kaltbearbeitungseigenschaften, tiefe Härtbarkeit, hohe Kriechfestigkeit, hohe Oxidationsbeständigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit, so dass die Legierung 1994 von den Flugzeugkonstrukteuren und -herstellern als hervorragendes Strukturmaterial für die Luft- und Raumfahrt anerkannt wurde. Ausgezeichnete Strukturwerkstoffe für die Luft- und Raumfahrt wurden 1994 erstmals in die ASTM-Normen der USA aufgenommen. Die Vereinigten Staaten verwenden die Legierung hauptsächlich für die Herstellung von Space Shuttles mit Titan-Verbundwerkstoffen sowie für die Komponenten der Boeing 777 und anderer Flugzeugtriebwerke. China, aus den 1990er Jahren, begann die Legierung Nachahmung Arbeit, eine bestimmte Art von Flugzeug-Struktur-Komponenten mit TB8 Titan-Legierung Schmiedeteile und Blechteile der Entwicklung und Anwendung von Forschungsarbeiten, aufgrund der möglichen Mangel an Zugang zu technischen Anwendungen, nur in der GB/T3620.1-2007 "Titan und Titan-Legierungen Sorten und chemische Zusammensetzung", die Spezifikation der Sorten und Zusammensetzungen, seine Materialien und Produkte nicht die nationale Norm, Nationale militärische Norm, und Luftfahrt-Standard-Spezifikation bilden.
Die Xinyang Aerospace Standard Parts Factory und das Unternehmen XITU Super-Crystal haben gemeinsam Schrauben aus der Titanlegierung TB8 mit 1280 MPa entwickelt (siehe Abbildung 1); die wichtigsten Leistungsindikatoren sind in Tabelle 1 aufgeführt. Aufgrund der Verwendung von β-stabilisierenden Elementen für den hohen Schmelzpunkt oxidationsbeständiges Molybdän und Niob, anstatt TB2 und TB3 Titanlegierungen, die bei der Oxidation von schlechtem Vanadium verwendet werden, ist die Legierung für den Langzeitgebrauch des Verbindungselements mit einer Temperatur von bis zu 550 ℃ eine vollständige Lösung für das Problem der traditionellen hochfesten β-Titanlegierungs-Verbindungselemente bei niedrigen Temperaturen (nicht höher als 300 ℃). Derzeit wird die Entwicklung der hochfesten Schrauben aus der Titanlegierung TB8 mit einem Druck von 1280 MPa in Chinas neuer Generation von Flugzeugbauanwendungen eingesetzt, wobei eine gute Gewichtsreduzierung und Kompatibilität mit Verbundwerkstoffen erreicht wird.

Abbildung.1 Foto der Schraube aus Titanlegierung TB8 mit 1280 MPa
Tabelle.1 Leistungsindex von Schrauben aus Titanlegierung der Güteklasse TB8 mit 1280 MPa.

Leistungsartikel	Index	Bemerkungen
Zugfestigkeit/MPa	≥1280	Gemäß der Norm GJB715.23A-2008
Dehnungsrate/% (gleiches Ofenmaterial)	≥8	Die Dehnung von Proben aus der gleichen Materialcharge im Ofen ist für Schrauben nicht erforderlich
Doppelte Scherfestigkeit/MPa	≥755	Gemäß der Norm GJB715.26A-2008
Lebensdauer/Zeit der Ermüdung	≥130000	Gemäß der Norm GJB715.30A-2002, Belastung: 12MPa

3. Zusammenfassung

Es kann gesehen werden, dass die Forschung und Anwendung der Luftfahrt Titanlegierung Verbindungselemente seit dem Aufkommen der industriellen Titanlegierungen begonnen hat; die Vereinigten Staaten, Russland (die ehemalige Sowjetunion) und anderen entwickelten Ländern in der Luftfahrtindustrie in der sehr frühen Phase wurden im Einklang mit ihrer Technologie Verbindungselemente mit Titanlegierung Material System gebildet, Titanlegierung Verbindungselemente in seiner Luftfahrt Fertigungsbereich haben eine große Anzahl von Anwendungen gewonnen. Chinas Luftfahrt mit Titan-Legierung Verbindungselemente Forschung und Anwendung begann spät, sind in der Flugzeugmotor oder Flugzeug kopieren, Technologie Anleihe oder Einführung des Prozesses der passiven Verbesserung, Herstellung Verbindungselemente Titan-Legierung Materialien entlehnt oder Nachahmung von Russland (der ehemaligen Sowjetunion), den Vereinigten Staaten, zur gleichen Zeit, unser Land Luftfahrt Verbindungselemente in der Titan-Verbindungselemente in den Besitz einer relativ geringen Menge von Verbindungselementen. Mit der rasanten Entwicklung der chinesischen Luftfahrtindustrie und der kontinuierlichen Verbesserung der Leistungsanforderungen des Flugzeugs, die Zukunft der High-Performance-Luftfahrt-Verbindungselemente für die Herstellung von Titan-Legierung Materialien setzen höhere Festigkeit, höhere Bruchzähigkeit und höhere Ermüdungsleistung Anforderungen.
Autor: Zhang Lijun, Wang Luck