Verbindungselemente, als wichtige universelle Basiskomponente, spielen in der Industrie eine entscheidende Rolle. Je nach Anwendungsbereich werden Verbindungselemente in universelle Verbindungselemente und Luft- und Raumfahrt-Verbindungselemente eingeteilt. Im Luftfahrtbereich ist die Verbindungsmethode von Flugzeugen immer noch hauptsächlich eine mechanische Verbindung, und die Verbindungsbaugruppe von Flugzeugen basiert auf einer großen Anzahl verschiedener Verbindungselemente. Im Bereich der Luft- und Raumfahrt beruht die Verbindung zwischen Flugzeugabschnitten ebenfalls auf Verbindungselementen. Mit der Entwicklung der Geräte-Leichtbauweise bevorzugen immer mehr Luft- und Raumfahrt-Verbindungselemente Titanlegierungsmaterialien.
Vorteile der Verwendung von Titanmaterialien
Geringe Dichte:Die Dichte von Titanlegierungen ist deutlich geringer als die von Stahlmaterialien, daher sind Titanlegierungs-Verbindungselemente leichter als Stahl-Verbindungselemente.
Hohe spezifische Festigkeit:Titanlegierung ist ein Metallmaterial mit relativ hoher spezifischer Festigkeit unter den gängigen Metallmaterialien. Unter Ausnutzung seiner hohen spezifischen Festigkeit kann Titanlegierung auch verwendet werden, um das leichtere Aluminiumlegierungsmaterial zu ersetzen. Unter gleicher äußerer Belastung sind die geometrischen Abmessungen von Titanlegierungsteilen kleiner, wodurch effektiv Platz gespart werden kann. Dieses Materialverwendungskonzept ist für den Bereich der Luft- und Raumfahrt von großer Bedeutung.
Hoher Schmelzpunkt:Der Schmelzpunkt von Titanlegierungen ist deutlich höher als der von Stahlmaterialien, daher ist die Hitzebeständigkeit von Titanlegierungs-Verbindungselementen besser als die von Stahl-Verbindungselementen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient und der Elastizitätsmodul sind gering.
Häufig verwendete Titanlegierungsmaterialien für Verbindungselemente
TC4-Titanlegierung
TC4-Titanlegierung ist eine mittelstarke Zweiphasen-Titanlegierung und auch das am meisten untersuchte und angewandte Titanlegierungsmaterial. Die meisten in Verbindungselementen verwendeten Titanlegierungsmaterialien sind TC4-Titanlegierungen. Wenn TC4-Titanlegierung zur Herstellung von Verbindungselementen verwendet wird, kann nur Warmumformen angewendet werden, und es müssen spezielle Warmumformausrüstungen und Heizgeräte verwendet werden. Dies beeinträchtigt nicht nur die Produktionseffizienz, sondern führt auch zu einer relativ geringen Materialausnutzungsrate. Für hochfeste Verbindungselemente kann die Festigkeit von TC4-Titanlegierungs-Verbindungselementen die Anforderungen nicht erfüllen. Die Zugfestigkeit der Legierung nach Lösungsglühen kann bis zu 1.100 MPa erreichen, und die Scherfestigkeit liegt bei etwa 650 MPa. Aufgrund der schlechten Härtbarkeit von TC4-Titanlegierung liegt die Querschnittsgröße von TC4-Titanlegierungs-Verbindungselementen während des Lösungsglühens im Allgemeinen unter 19 mm. TC4-Titanlegierungs-Verbindungselemente umfassen Bolzen, hochfeste Bolzen, Stehbolzen, Schrauben und Ringschlitztnieten usw. Unter ihnen wurden die meisten TC4-Bolzen in inländischen Flugzeugen, Triebwerken, Bordgeräten, Luft- und Raumfahrzeugen und Satelliten weit verbreitet eingesetzt.
TC6-Titanlegierung
TC6-Titanlegierung ist eine martensitische (α+β) Zweiphasen-Titanlegierung mit ausgezeichneten umfassenden Eigenschaften. Ihre Nennzusammensetzung ist Ti-6Al-2,5Mo-1,5Cr-0,5Fe-0,3Si. Diese Legierung wird im Allgemeinen im geglühten Zustand verwendet und kann auch durch Wärmebehandlung gehärtet werden. Sie hat auch eine gute Oxidationsbeständigkeit.
TC16-Titanlegierung
TC16-Titanlegierung ist eine typische Zweiphasen-Titanlegierung, die durch Lösungsglühen gehärtet wird, mit einer Nennzusammensetzung von Ti-3Al-5Mo-4,5V. Nach der Lösungsbehandlung weist diese Legierung eine hohe Raumtemperaturplastizität auf, so dass sie ein gutes Kaltumformverhalten aufweist, wobei ein Stauchverhältnis von 1:4 erreicht wird. Bei der Herstellung von Verbindungselementen kann TC16-Titanlegierung direkt durch Kaltumformen oder durch Warmumformen geformt werden. Derzeit umfassen TC16-Titanlegierungs-Verbindungselemente Bolzen, Schrauben und selbstsichernde Muttern usw.
Zukünftige Entwicklungstrends
Mit der Entwicklung der Luft- und Raumfahrtindustrie verbessert sich das Verbindungstechnologieniveau, das von neuen Flugzeugen und Raumfahrzeugen angewendet wird, ständig, und es werden auch neue Anforderungen an neue Verbindungselemente gestellt. Einer der zukünftigen Entwicklungstrends ist die Entwicklung von hochfesten Titanlegierungs-Verbindungselementen mit einer Zugfestigkeit von 1.200 bis 1.500 MPa und einer Scherfestigkeit von ≥750 MPa in der Zukunft.
Titanverbindungselemente, diese scheinbar winzigen Komponenten, sind in Wirklichkeit ein Mikrokosmos des Fortschritts in der Luft- und Raumfahrttechnologie. Von der Gewichtsreduzierung von Flugzeugen bis zur Gewährleistung der strukturellen Sicherheit, von der Hochtemperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit bis zur elektromagnetischen Verträglichkeit unterstützen Titanlegierungs-Verbindungselemente mit der Haltung von "Allround-Spielern" den Traum der Menschheit, den Himmel zu erforschen. In Zukunft werden Titanverbindungselemente mit der tiefen Integration von Materialwissenschaft und Fertigungstechnologie mit Sicherheit weitere bahnbrechende Kapitel im Bereich der Luft- und Raumfahrt schreiben und zu einer dauerhaften Triebkraft für die Leistungsrevolution von Flugzeugen werden.
