Applicazione dei materiali in lega di titanio nei dispositivi di fissaggio dell'aviazione in Cina

La lega di titanio come materiale strutturale emergente è apparsa e si è sviluppata a metà del XX secolo, grazie alla sua eccellente resistenza alla corrosione, all'elevata forza specifica e all'assenza di magnetismo. Una serie di vantaggi nel settore aerospaziale e in altri settori industriali di alto livello sono stati ampiamente utilizzati. Negli anni '50, gli Stati Uniti hanno iniziato a utilizzare i materiali in lega di titanio per la produzione di dispositivi di fissaggio per l'aviazione, negli anni '80 la Cina ha iniziato a utilizzare i materiali in lega di titanio per la produzione di un piccolo numero di dispositivi di fissaggio ingegneristici aerospaziali; dopo l'ingresso nel 21° secolo, con il livello generale della tecnologia di produzione dell'industria aerospaziale cinese, aviazione Gli elementi di fissaggio in lega di titanio e la loro tecnologia di lavorazione e produzione per ottenere uno sviluppo sistematico e specializzato.

Il titanio e le leghe di titanio presentano vantaggi eccezionali, come l'elevata forza specifica, la buona resistenza alla corrosione e alle alte temperature, che li rendono materiali promettenti per la struttura metallica nella moderna industria aerospaziale. Dagli anni '50, negli Stati Uniti, per la prima volta, il Ti-6Al-4V bulloni in lega di titanio utilizzato nei bombardieri B-52 ha ottenuto un ottimo effetto di riduzione del peso; i Paesi sviluppati dell'industria aeronautica hanno lanciato Elementi di fissaggio in lega di titanio ricerca e applicazioni ingegneristiche. I dispositivi di fissaggio in lega di titanio, anziché la maggior parte della resistenza inferiore rispetto ai dispositivi di fissaggio in acciaio, hanno ottenuto risultati molto significativi nella riduzione del peso dell'aereo. Ad esempio, i dispositivi di fissaggio dell'aereo Boeing 747 in titanio invece che in acciaio, hanno ridotto la qualità strutturale di 1814 kg; l'aereo russo IL-96, con 142.000 pezzi di dispositivi di fissaggio in lega di titanio, ha ridotto il peso dell'acciaio fino a 600 kg; 204 aerei con 940 kg di dispositivi di fissaggio in lega di titanio BT16, hanno ridotto il peso dell'acciaio di 688 kg. Le leghe di titanio hanno un potenziale di prestazioni positive pari a quelle dei compositi in fibra di carbonio, che corrispondono alla forza dei dispositivi di fissaggio in lega di titanio. Le prestazioni potenziali positive della lega di titanio corrispondono a quelle dei materiali compositi in fibra di carbonio, prevenendo efficacemente gli elementi di fissaggio dalla corrosione galvanica, rendendo la lega di titanio il miglior materiale di collegamento per i materiali compositi. Pertanto, con l'aumento della quantità di lega di titanio e di materiali compositi utilizzati negli aerei militari e civili avanzati, la domanda di elementi di fissaggio in lega di titanio è in aumento. La temperatura di utilizzo della lega di alluminio è superiore a 150-200 ℃; per la struttura dell'aereo, a causa dell'elevata temperatura di esercizio e non potendo utilizzare parti di fissaggio in lega di alluminio, la lega di titanio sarà una scelta migliore. Inoltre, la lega di titanio ha una buona elasticità intrinseca ed è amagnetica, per evitare l'allentamento dei bulloni di fissaggio; anche l'interferenza antimagnetica ha un ruolo molto importante.
Negli aerei militari e civili degli Stati Uniti, i dispositivi di fissaggio in lega di titanio hanno sostituito i dispositivi di fissaggio in lega di acciaio. L'applicazione di elementi di fissaggio in lega di titanio stranieri è stata molto comune; la quantità di elementi di fissaggio in lega di titanio per gli aerei civili di grandi dimensioni ha raggiunto centinaia di migliaia di pezzi, mentre vengono costantemente sviluppati vari tipi di nuovi elementi di fissaggio in lega di titanio. La storia dello sviluppo dei dispositivi di fissaggio in lega di titanio in Cina può essere fatta risalire al 1965; l'Istituto di progettazione aeronautica di Chengdu, in base alle esigenze dei nuovi aeromobili, ha proposto lo sviluppo di rivetti in lega di titanio; negli anni '70, le unità pertinenti dei rivetti in lega di titanio e l'applicazione del lavoro di ricerca negli anni '80, in alcuni aerei militari cinesi di seconda generazione, hanno iniziato a produrre un piccolo numero di rivetti in lega di titanio, bulloni e altri dispositivi di fissaggio. Alla fine degli anni '90, con la terza generazione di linee di produzione di aerei da combattimento pesanti stranieri e rivetti, bulloni e altri elementi di fissaggio in lega di titanio. Alla fine degli anni '90, con l'introduzione delle linee di produzione straniere di aerei da combattimento pesanti di terza generazione e lo sviluppo dei caccia nazionali di terza generazione, oltre a molte aziende di produzione di subappalto dell'aviazione, l'industria aeronautica cinese ha iniziato a utilizzare alcuni elementi di fissaggio in lega di titanio. Negli ultimi anni, con lo sviluppo dell'industria aerospaziale cinese, le unità nazionali competenti si sono impegnate a svolgere un gran numero di lavori di ricerca e sviluppo sui materiali di base e sulla tecnologia di produzione dei dispositivi di fissaggio; attualmente, la ricerca e lo sviluppo indipendenti della Cina e la produzione di dispositivi di fissaggio in lega di titanio hanno riguardato gli aeromobili modificati e il nuovo design dell'aeromobile per ottenere un gran numero di applicazioni ingegneristiche.

1. Materiali in lega di titanio per gli elementi di fissaggio rivettati

Elementi di fissaggio comunemente utilizzati nell'industria aerospaziale includono principalmente rivetti, bulloni e dispositivi di fissaggio speciali in 3 categorie. Per i rivetti, la cosa più importante è la plasticità a freddo del materiale; solo la plasticità a freddo del materiale fabbricato può essere installata a freddo. Di solito, i requisiti di resistenza non sono troppo elevati, e i requisiti di resistenza alla corrosione delle parti dei rivetti in lega di titanio sono elevati; la lega di titanio di tipo β è dovuta allo stato di soluzione solida per un singolo grano β, e poiché ha una disposizione cubica centrata sul corpo della struttura atomica, questo tipo di lega ha proprietà di lavorazione a freddo molto eccellenti, molto adatte alla produzione di rivetti in lega di titanio.

1,1 Lega di titanio TB2

Lo sviluppo di dispositivi di fissaggio in lega di titanio in Cina si basa sui rivetti in lega di titanio TB2 per lo sviluppo del punto di partenza. Nel 1965, l'Istituto di Ricerca e Progettazione Aeronautica di Chengdu, nello sviluppo del nuovo aereo, ha pianificato l'utilizzo di rivetti in lega di titanio nei componenti strutturali in titanio della fusoliera e ha presentato la dimostrazione e il progetto. Nel 1970, con la collaborazione dell'Istituto di Ricerca sui Materiali dell'Ufficio Metallurgico di Tianjin e dell'Istituto di Ricerca sui Metalli Non Ferrosi, l'Istituto di Progettazione Aeronautica di Chengdu e la Chengdu Aircraft Corporation hanno avviato congiuntamente la ricerca sullo sviluppo e l'applicazione dei rivetti in lega di titanio TB2 e successivamente hanno completato lo sviluppo dei materiali in lega di titanio TB2, la ricerca sullo studio del sollevamento a freddo dei materiali a filo e dei rivetti, gli studi sui test di rivettatura, eccetera, e hanno completato la valutazione tecnica del lavoro pertinente nel 1979, formulando le condizioni tecniche provvisorie. La lega di titanio TB2 è una lega di titanio β sub-stabile, composizione nominale della lega Ti-3Al-8Cr-5Mo-5V. La lega, allo stato di trattamento di soluzione solida, ha eccellenti proprietà di formatura a freddo e prestazioni di saldatura; in Cina viene utilizzata principalmente per la produzione di gusci ondulati satellitari, bande di collegamento a stella e a freccia e tutti i tipi di rivetti a freddo, e talvolta anche per la produzione di bulloni di piccole dimensioni. Quando si producono dispositivi di fissaggio per l'aviazione, la loro temperatura di utilizzo è generalmente inferiore a 300 ℃; i dispositivi di fissaggio aerospaziali possono essere utilizzati in un breve periodo fino a 500 ℃.
Nel 1986, la Cina ha promulgato la prima norma speciale sui dispositivi di fissaggio in lega di titanio, GJB120-1986 "rivetti in lega di titanio", nel 1990 la Cina ha promulgato la seconda e la terza norma tecnica speciale sui dispositivi di fissaggio in lega di titanio GJB856-90 "specifiche dei rivetti in lega di titanio a trazione nella scanalatura anulare" e GJB857.1-90 "Rivetti a testa svasata a trazione in lega di titanio a 100° nella scanalatura anulare", le tre norme sono norme tecniche speciali per i rivetti in lega di titanio TB2, su tutti i tipi di specifiche dei rivetti TB2 per una specifica chiara per la produzione di lotti ingegnerizzati e l'applicazione della base standard. I rivetti in lega di titanio TB2 prodotti sono stati impiegati nell'industria aerospaziale cinese in diversi modelli per ottenere un gran numero di applicazioni; allo stesso tempo, anche nel modello aeronautico i prodotti hanno ottenuto un certo numero di applicazioni e hanno ottenuto buoni risultati.

1,2 Lega di titanio TB5

La lega di titanio TB5 è una lega di titanio di tipo β sub-stabile; la sua composizione nominale è Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al. La lega è stata inizialmente sviluppata con il sostegno finanziario dell'Aeronautica Militare degli Stati Uniti; Lockheed Martin ha determinato la composizione e TIMET ha realizzato la produzione su scala. La lega ha eccellenti proprietà di formatura a freddo, la sua capacità di formatura a freddo e il titanio puro, possono essere in uno stato di soluzione solida per una varietà di parti complesse della formatura a freddo (come i rivetti rivettati), la resistenza alla trazione a temperatura ambiente di invecchiamento fino a 1000MPa o più, la lega a causa dell'alto contenuto del suo elemento V, le prestazioni antiossidanti sono scarse, generalmente nell'ambiente di lavoro a 200 ℃ sotto, ma la lega ha un'eccellente resistenza alla corrosione.
Pratt & Whitney negli Stati Uniti, nella sua produzione di motori aeronautici, utilizza un gran numero di leghe di titanio Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al come staffe, il bombardiere statunitense B-1B utilizza parti in lega di titanio Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al per un totale di oltre 1.000 pezzi; anche i dispositivi di fissaggio in lega di titanio Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al nell'aeroplano Boeing sono stati utilizzati per molti anni. Il nostro Paese utilizza la lega di titanio TB5 per sostituire il 30CrMnSiA nella produzione di una determinata trave a ombrello di un aereo da combattimento e nella produzione di una piastra ondulata di un motore satellitare e di altre parti, utilizzando allo stesso tempo la lega di titanio TB5 per la produzione di una trave a ombrello di un aereo da combattimento e di una piastra ondulata di un satellite, supportando l'uso di rivetti a freddo.

1,3 Lega Ti-45Nb

La lega Ti-45Nb è un tipo di materiale speciale per rivetti; i suoi vantaggi principali sono l'elevata plasticità (l'allungamento può essere superiore a 20%, il ritiro della sezione è pari a 60%-80%), le eccellenti prestazioni di lavorazione a freddo, la resistenza al taglio (τ ≥ 350MPa) e la resistenza alla trazione (σ_b ≥ 450MPa) sono superiori a quelli del titanio puro. La resistenza alla deformazione a freddo è inferiore a quella del titanio puro, che è adatto alla realizzazione di rivetti per le connessioni di materiali compositi. Materiale. Gli Stati Uniti per la lega Ti-45Nb hanno svolto un grande lavoro di ricerca di base; lo sviluppo tecnologico è più maturo e nel 1974 è stato incluso nella specifica AMS4982, rivista in AMS 4982C nel 2002, ed è stato ampiamente utilizzato. Negli Stati Uniti, nei prodotti di rivettatura aerospaziale, la lega Ti-45Nb è stata completamente sostituita dal titanio puro. La lega e la lega Ti-6Al-4V, composta da rivetti bimetallici, è stata utilizzata negli aerei Airbus e Boeing per ottenere molte applicazioni.
Per i requisiti di elevata resistenza al taglio, il processo di installazione non consente la deformazione dei rivetti a barra, generalmente si utilizzano rivetti bimetallici in titanio; i rivetti bimetallici in titanio sono composti da barra chiodata in Ti-6Al-4V e testa in Ti-45Nb, dopo la saldatura per attrito inerziale, strettamente fusi per formare un rivetto intero e solido. Solo un piccolo impatto può causare la deformazione plastica della testa del rivetto in Ti-45Nb in questa rivettatura bimetallica, mentre il gambo del rivetto in Ti-6Al-4V non si deforma. I rivetti in lega di titanio bimetallica nel bombardiere B-1, Boeing e altri aerei sono ampiamente utilizzati nei componenti in lega di titanio rivettati e nei componenti compositi. Ad esempio, il bordo d'attacco dell'ala del caccia F-14 degli Stati Uniti utilizza 4000 rivetti bimetallici; le sue prestazioni di fatica e gli alti bulloni di bloccaggio sono paragonabili al costo che può essere ridotto di 50%, 30% -40% più leggeri, il costo di tale rivetto bimetallico è inferiore a quello di altri rivetti in lega di titanio di tipo β. Negli ultimi anni, la Cina ha sviluppato anche rivetti bimetallici e in Ti-45Nb, che hanno rappresentato una nuova generazione di rivettatura della pelle composita degli aerei nelle applicazioni ingegneristiche.

2. Bulloni di fissaggio con materiali in lega di titanio

I bulloni in lega di titanio possono essere suddivisi in bulloni ordinari, bulloni ad alto bloccaggio e bulloni ad interferenza, a seconda del loro utilizzo. Dal momento che la produzione di bulloni in lega di titanio, i requisiti generali del suo trattamento termico per ottenere un'elevata resistenza alla trazione e al taglio richiedono solitamente il suo livello di resistenza e l'acciaio legato ad alta resistenza 30CrMnSiA comparabile.

2,1 Lega di titanio TC4 (σ_b Livello ≥ 1100MPa)

La lega di titanio TC4 (grado statunitense Ti-6Al-4V/UNS R56400/ASTM Grado 5/Ti64) è stata sviluppata per la prima volta dagli Stati Uniti nel 1954, si è trasformata in una lega di titanio internazionale, attualmente è lo studio più completo e approfondito della sua lega di titanio. L'aviazione, l'aerospazio, l'industria civile e altre industrie sono state ampiamente utilizzate. È stato ampiamente utilizzato nella produzione di travi, telai, carrelli di atterraggio, elementi di fissaggio, ventole di motori aeronautici, dischi di compressori, caricatori, lame, ecc. Viene utilizzata anche in molti altri settori, rappresentando più della metà della produzione di leghe di titanio. La lega ha una buona plasticità di processo e una superplasticità, una temperatura di transizione della lega α + β / β di 980-1010°C, e una temperatura di lavoro a lungo termine fino a 400°C. A partire dal 1973, per collaborare con lo sviluppo delle pale in lega di titanio del motore aeronautico turbofan-8 TC4, la Cina ha iniziato la ricerca e le applicazioni ingegneristiche della lega.
Nel 1956, gli Stati Uniti hanno utilizzato la lega di titanio TC4 (Ti-6Al-4V), producendo il primo lotto al mondo di bulloni in lega di titanio, utilizzati per la prima volta nel bombardiere B-52 (al posto dei bulloni originali in 30CrMnSiA), come risultato dell'uso dell'effetto è molto buono, e presto si è diffuso. Quasi tutti gli aerei occidentali producono bulloni in molte leghe di titanio TC4 (Ti-6Al-4V). Tuttavia, poiché il TC4 (Ti-6Al-4V) è una lega duplex α+β, non può essere formata con un processo di sollevamento a freddo; la testa del chiodo deve essere sottoposta a un processo di sollevamento a caldo, il trattamento termico richiede la tempra in acqua sotto vuoto e l'invecchiamento; le attrezzature di lavorazione e i requisiti tecnologici sono elevati. Alla fine degli anni '80, le unità cinesi competenti hanno ricercato la tecnologia di intestazione a caldo dei dispositivi di fissaggio in lega di titanio TC4 e hanno sviluppato successivamente macchine utensili per l'intestazione a caldo. Negli anni '90 hanno realizzato l'industrializzazione dei dispositivi di fissaggio in lega di titanio TC4. La produzione industrializzata di elementi di fissaggio in lega di titanio TC4 è stata realizzata negli anni Novanta. Attualmente, molte fabbriche di componenti standard aerospaziali in Cina dispongono di attrezzature per l'intestazione a caldo e di capacità tecniche per la produzione di massa di bulloni TC4, e i bulloni in lega di titanio TC4 sono stati utilizzati in un gran numero di applicazioni ingegneristiche negli aerei militari di nuova generazione, nei veicoli aerospaziali e nei satelliti cinesi.

2,2 Lega di titanio TC6 (σ_b≥980MPa)

Per soddisfare i requisiti di alta temperatura dei motori dell'aviazione, il Beijing Aviation Manufacturing Engineering Research Institute ha sviluppato degli elementi di fissaggio in lega di titanio TC6 (materiale russo BT3-1), resistenti alle alte temperature fino a 500 ℃ al di sotto, rispetto alla lega di titanio TC4; il materiale ha una maggiore sensibilità alla temperatura, gli elementi di fissaggio sono più difficili da produrre. La lega è il materiale sovietico Unione-ha sviluppato la lega di titanio BT3-1, la cui composizione nominale è Ti-6Al-2,5Mo-1,5Cr-0,5Fe-0,3Si, attualmente ampiamente utilizzata in Russia. Nel 1979, la Cina ha lanciato il motore aeronautico WP13 con l'asta di coda in lega di titanio TC6 e altri componenti, sostenendo lo sviluppo di dispositivi di fissaggio, il lavoro di imitazione della lega e l'applicazione del lavoro di ricerca.
La lega TC6 è una lega di titanio duplex di tipo martensitico α + β con prestazioni complete, generalmente utilizzata allo stato ricotto e può anche essere rafforzata con un trattamento termico adeguato. La lega ha buone prestazioni, resistenza all'ossidazione e alla corrosione è molto eccellente, e i suoi pezzi fabbricati possono lavorare a lungo a 400 ℃ per più di 6000h e a 450 ℃ per più di 2000h. Trattamento di ricottura isotermica a temperatura ambiente resistenza alla trazione superiore a 980MPa, resistenza allo snervamento superiore a 840MPa, allungamento superiore a 10%, ritiro di sezione superiore a 25%. 400 ℃ resistenza alla trazione ad alta temperatura superiore a 720MPa, allungamento superiore a 14%, ritiro di sezione superiore a 40%. Può anche essere sottoposto a un trattamento di "soluzione solida + invecchiamento" per migliorare ulteriormente la sua resistenza.

2,3 TC16 (σ_bLivello ≥1030MPa)

Attualmente, la maggior parte delle chiusure in acciaio viene lavorata con l'intestazione a freddo, mentre solo alcune delle dimensioni più grandi vengono lavorate con l'intestazione a caldo. Il processo di intestazione a freddo consente di produrre grandi quantità di elementi di fissaggio in modo continuo. Tuttavia, la maggior parte delle leghe di titanio industriali non può essere lavorata con l'intestazione a freddo, a causa delle loro scarse proprietà di formatura a freddo. Pertanto, nei Paesi occidentali, i dispositivi di fissaggio in lega di titanio TC4 vengono prodotti principalmente con il processo di intestazione a caldo; gli svantaggi del processo di intestazione a caldo sono: è facile che si verifichino bruciature e surriscaldamenti locali e ossidazione della superficie quando i pezzi grezzi vengono riscaldati; allo stesso tempo, non è facile realizzare l'automazione del sollevamento continuo, e l'efficienza produttiva è bassa. Per migliorare l'efficienza produttiva dei dispositivi di fissaggio in lega di titanio e la stabilità della loro qualità, l'ex Unione Sovietica ha sviluppato la lega di titanio BT16 per l'intestazione a freddo dei dispositivi di fissaggio, che ha realizzato lo sviluppo della tecnologia di intestazione a freddo dei dispositivi di fissaggio in lega di titanio e il salto di qualità. Ha ottenuto molte applicazioni ingegneristiche su IL76, IL86, IL96, AN124, serie Su27 e altri aerei sovietici (russi).
BT16 (la nostra imitazione del grado TC16) lega di titanio composizione nominale Ti-3Al-5Mo-4.5V, la lega è una lega di titanio martensitica α + β di tipo duplex, coefficiente di stabilizzazione β di 0,83, vicino alla composizione critica. La lega di titanio è utilizzata principalmente nella produzione di elementi di fissaggio aerospaziali con una temperatura operativa di 350°C o meno, e la lega ha una temperatura di transizione α+β/β di (860±20) °C. Sono importanti anche i grani β più piccoli e la temperatura di transizione α+β più elevata di (860±20)°C nella lega di titanio. I grani β più piccoli e lo stato di ricottura fino a 25% della frazione di volume della fase β determinano che la lega BT16 ha un'eccellente plasticità di processo a temperatura ambiente, per cui la lega può essere completata a temperatura ambiente della testa dei dispositivi di fissaggio a freddo, migliorando così in modo significativo l'efficienza della sua produzione di bulloni, riducendo il costo di produzione, e successivamente nel successivo trattamento termico di invecchiamento in soluzione solida della sua resistenza fino a 1030-1180 MPa. La Russia (ex Unione Sovietica) (ex Unione Sovietica) ha prodotto bulloni in lega di titanio utilizzando principalmente la lega di titanio BT16 per decenni, senza alcun problema di qualità. In Cina, negli anni '90, la Russia ha introdotto la linea di produzione dell'aereo Su-27; per soddisfare le esigenze di localizzazione dell'aereo Su-27, le unità nazionali competenti hanno immediatamente effettuato la localizzazione della lega di titanio BT16 e dei suoi elementi di fissaggio; il nostro Paese ha imitato il nome della lega di titanio TC16. Lo sviluppo e la produzione indipendente cinese di bulloni in lega di titanio TC16 sono stati impiegati nei caccia nazionali di terza generazione in molte applicazioni ingegneristiche.

2,4 TB3 (σ_b Grado ≥ 1100MPa)

Negli anni '70 e '80, i bulloni in lega di titanio di grado 1100MPa per applicazioni aerospaziali nei Paesi industrializzati occidentali, come gli Stati Uniti, erano principalmente realizzati in lega di titanio TC4 (Ti-6Al-4V), prodotta con un processo di formatura a caldo. Alla fine degli anni '70 e all'inizio degli anni '80, il nostro Paese aveva urgente bisogno di bulloni e dispositivi di fissaggio in lega di titanio da 1100MPa per il collegamento di strutture composite, ma a causa della limitazione delle attrezzature per l'intestazione a caldo (all'epoca, in Cina non esistevano attrezzature per la formatura con intestazione a caldo), non eravamo in grado di sviluppare e produrre bulloni di grado TC4 (Ti-6Al-4V) da 1100MPa, e ci siamo concentrati principalmente sullo sviluppo di una lega di titanio di tipo β, che può essere intesta direttamente a freddo. La lega di titanio TB3 è stata sviluppata con questo background; la composizione della lega TB3 è stata progettata sulla base della lega di titanio Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al, sviluppata dall'American Titanium Metal Company nel XX secolo.
La lega di titanio TB3 è una lega di titanio di tipo β rafforzata con trattamento termico e sub-stabile; la composizione nominale è Ti-10Mo-8V-1Fe-3,5Al. Il vantaggio principale di questa lega è che lo stato di trattamento in soluzione solida ha eccellenti proprietà di formatura a freddo, il suo rapporto di upset a freddo (Dt/D0) è fino a 2,8, il sistema "soluzione solida + invecchiamento" può ottenere un'elevata resistenza dopo il trattamento. Dopo il trattamento, è possibile ottenere un'elevata resistenza, utilizzata principalmente per produrre elementi di fissaggio aerospaziali ad alta resistenza di grado 1100MPa con una temperatura di servizio inferiore a 300°C. Nell'ottobre 1982, la Cina ha iniziato lo sviluppo di bulloni in lega di titanio TB3 e nel 1985, il lavoro di sviluppo ha fatto progressi e ha formato le relative specifiche tecniche. A metà e alla fine degli anni '80, la lega di titanio TB3 nazionale è stata trasformata in bulloni ad alto bloccaggio e bulloni ad interferenza, installati nella struttura composita dell'aereo e nella struttura metallica per i bulloni e i dispositivi di fissaggio in lega di titanio della Cina, per scoprire l'applicazione di una certa base di esperienza. La lega è ora ampiamente utilizzata nella produzione di bulloni in lega di titanio da 1100MPa ed è stata applicata con successo agli aerei Y-7, J-8 e J-10 e ad alcuni veicoli spaziali. La lega di titanio TB3 è diventata il materiale principale dei bulloni in lega di titanio per i veicoli aerospaziali che possono essere prodotti industrialmente in Cina. Allo stesso tempo, la lega di titanio viene utilizzata anche nella produzione di rivetti; nel 2006 la Cina ha promulgato il GJB120-2006 "Rivetti in titanio e in lega di titanio" nel materiale TB3 in titanio come rivetti formalmente inclusi nello standard.

2,5 Lega di titanio TB8 (σ_b Grado ≥ 1280MPa)

Con il rapido sviluppo della tecnologia aerospaziale nei velivoli militari e civili utilizzati, i requisiti della tecnologia di connessione meccanica sono sempre più elevati, il contenuto tecnico delle parti standard utilizzate è anch'esso sempre più elevato e il suo ruolo nel velivolo non è solo quello di "fissaggio", ma anche di "connessione". Tuttavia, è diventata una parte importante della realizzazione delle prestazioni dell'aereo. Anzi, è diventato un componente strutturale importante per realizzare le prestazioni dell'intera macchina. Il futuro trend di sviluppo della tecnologia aerospaziale richiede un nuovo tipo di elementi di fissaggio con un'elevata resistenza specifica, cioè leggeri e ad alta resistenza. Per questo motivo, Stati Uniti, Russia, Francia e altre potenze mondiali dell'aviazione stanno sviluppando attivamente una resistenza alla trazione di 1200MPa superiore ai materiali in lega di titanio ad alta resistenza e ai relativi elementi di fissaggio. Negli ultimi anni, Alcoa ha sviluppato i bulloni in lega di titanio Timetal555 ad alta resistenza, la cui resistenza alla trazione con invecchiamento in soluzione è pari o superiore a 1300MPa, la doppia resistenza al taglio superiore a 745MPa, l'allungamento superiore a 10%, gli indicatori di prestazione soddisfano pienamente i requisiti tipici delle specifiche dei dispositivi di fissaggio in acciaio legato cadmiato da 1250MPa. PS Aviation Fastener Group utilizza la lega di titanio SPSTITANTM761 per la lavorazione e la produzione di bulloni Aerlite180, con una resistenza alla trazione fino a 1240MPa, una resistenza al taglio fino a 745MPa, raggiungendo il livello di resistenza di molti elementi di fissaggio in acciaio legato e leghe resistenti alla corrosione, e allo stesso tempo riducendo il peso di 40%.
Per seguire il trend di sviluppo dei dispositivi di fissaggio in lega di titanio aerospaziali avanzati a livello internazionale, negli ultimi anni, l'azienda XITU super crystal e la fabbrica di parti standard Xinyang Aerospace hanno sviluppato congiuntamente un dispositivo di fissaggio con barre e fili speciali in lega di titanio TB8 e i relativi bulloni e dispositivi di fissaggio ad alta resistenza da 1280MPa, con specifiche da φ4-φ25. La lega di titanio TB8 è l'imitazione cinese della lega di titanio β21S degli Stati Uniti d'America, la composizione nominale della lega Ti - 3Al - 2.7 Nb-15Mo, la lega β21S è stata creata dall'azienda statunitense di metalli di titanio (Timent) nel 1989 per il programma NASP, al fine di sviluppare una lega di titanio di tipo β sub-stabile, la lega di titanio β21S ha eccellenti proprietà di lavorazione a caldo e a freddo, una profonda temprabilità, un'elevata resistenza al creep, un'alta resistenza all'ossidazione e una buona resistenza alla corrosione, per cui la lega è stata riconosciuta dai progettisti e dai produttori di aeromobili come un eccellente materiale strutturale aerospaziale nel 1994. I materiali strutturali aerospaziali eccellenti del 1994 sono stati inclusi per la prima volta negli standard ASTM statunitensi; gli Stati Uniti utilizzano principalmente una lega per produrre navette spaziali con materiali compositi in titanio e Boeing 777 e altri componenti del motore dell'aereo. La Cina, a partire dagli anni '90, ha iniziato a svolgere il lavoro di imitazione della lega, completando un certo tipo di componenti strutturali aeronautici con fucinati in lega di titanio TB8 e parti in lamiera dello sviluppo e dell'applicazione del lavoro di ricerca, a causa dell'eventuale mancanza di accesso alle applicazioni ingegneristiche, solo nel GB/T3620.1-2007 "gradi e composizione chimica del titanio e delle leghe di titanio", la specifica dei suoi gradi e composizioni, i suoi materiali e prodotti non hanno formato lo standard nazionale, lo standard militare nazionale e la specifica dello standard aeronautico.
La Xinyang Aerospace Standard Parts Factory e l'azienda XITU super-crystal hanno sviluppato congiuntamente i bulloni in lega di titanio di grado TB8 da 1280MPa, la cui foto fisica è riportata nella Figura 1; i principali indicatori di prestazione sono mostrati nella Tabella 1. Grazie all'utilizzo di elementi stabilizzanti β per il molibdeno e il niobio resistenti all'ossidazione ad alto punto di fusione, piuttosto che le leghe di titanio TB2 e TB3 utilizzate nell'ossidazione del vanadio povero, la lega ha reso possibile l'utilizzo a lungo termine del bullone con una temperatura fino a 550 ℃, una soluzione completa al problema dei tradizionali bulloni in lega di titanio β ad alta resistenza che utilizzano basse temperature (non superiori a 300 ℃). Attualmente, lo sviluppo dei bulloni in lega di titanio ad alta resistenza da 1280MPa di grado TB8 è stato utilizzato nelle applicazioni di ingegneria aeronautica di nuova generazione in Cina, ottenendo una buona riduzione del peso e la compatibilità con i materiali compositi.

Figura.1 Foto del bullone in lega di titanio TB8 da 1280MPa
Tabella.1 Indice di prestazione dei bulloni in lega di titanio di grado TB8 da 1280MPa.

Articoli sulle prestazioni	Indice	Osservazioni
Resistenza alla trazione/MPa	≥1280	Secondo lo standard GJB715.23A-2008
Tasso di allungamento/% (stesso materiale del forno)	≥8	L'allungamento dei campioni dello stesso lotto di materiali nel forno non è necessario per i bulloni.
Resistenza al doppio taglio/MPa	≥755	Secondo lo standard GJB715.26A-2008
Vita/tempo di fatica	≥130000	Secondo lo standard GJB715.30A-2002, il carico: 12MPa

3. Riepilogo

Si può notare che la ricerca e l'applicazione di elementi di fissaggio in lega di titanio per l'aviazione sono iniziate sin dalla comparsa delle leghe di titanio industriali; gli Stati Uniti, la Russia (l'ex Unione Sovietica) e altri Paesi sviluppati nell'industria dell'aviazione, nella fase iniziale, si sono formati in linea con la loro tecnologia di elementi di fissaggio con il sistema di materiali in lega di titanio, gli elementi di fissaggio in lega di titanio nel suo campo di produzione dell'aviazione hanno ottenuto un gran numero di applicazioni. La ricerca e l'applicazione dei dispositivi di fissaggio in lega di titanio in Cina sono iniziate in ritardo, sono nel motore del velivolo o nella copia del velivolo, prendendo in prestito la tecnologia o introducendo il processo di miglioramento passivo, la produzione di dispositivi di fissaggio in lega di titanio è presa in prestito o imitata dalla Russia (l'ex Unione Sovietica), dagli Stati Uniti; allo stesso tempo, i dispositivi di fissaggio in lega di titanio del nostro Paese sono in possesso di una quantità relativamente bassa di dispositivi di fissaggio. Con il rapido sviluppo dell'industria aeronautica cinese e il continuo miglioramento dei requisiti prestazionali dei velivoli, il futuro dei dispositivi di fissaggio per l'aviazione ad alte prestazioni per la produzione di materiali in lega di titanio prevede requisiti di maggiore resistenza, maggiore tenacità alla frattura e maggiori prestazioni a fatica.
Autore: Zhang Lijun, Wang Luck