Elementy złączne, jako ważny, uniwersalny element podstawowy, odgrywają kluczową rolę w przemyśle. Ze względu na obszary zastosowań, elementy złączne dzielą się na elementy złączne ogólnego przeznaczenia i elementy złączne lotnicze. W dziedzinie lotnictwa, metoda łączenia samolotów to wciąż głównie połączenie mechaniczne, a montaż połączeń samolotów opiera się na dużej liczbie różnych elementów złącznych. W dziedzinie lotniczej, połączenie między sekcjami samolotów również opiera się na elementach złącznych. Wraz z rozwojem odchudzania sprzętu, coraz więcej elementów złącznych lotniczych preferuje materiały ze stopów tytanu.
Zalety stosowania materiałów tytanowych
Niska gęstość:Gęstość stopu tytanu jest znacznie niższa niż gęstość materiałów stalowych, dlatego elementy złączne ze stopu tytanu są lżejsze wagowo niż elementy złączne stalowe.
Wysoka wytrzymałość właściwa:Stop tytanu jest materiałem metalowym o stosunkowo wysokiej wytrzymałości właściwej wśród powszechnie stosowanych materiałów metalowych. Wykorzystując jego wysoką wytrzymałość właściwą, stop tytanu może być również używany do zastąpienia lżejszego stopu aluminium. Przy tym samym obciążeniu zewnętrznym, wymiary geometryczne części ze stopu tytanu są mniejsze, co może skutecznie zaoszczędzić miejsce. Ta koncepcja wykorzystania materiału ma ogromne znaczenie dla dziedziny lotniczej.
Wysoka temperatura topnienia:Temperatura topnienia stopu tytanu jest znacznie wyższa niż temperatura topnienia materiałów stalowych, dlatego odporność na ciepło elementów złącznych ze stopu tytanu jest lepsza niż elementów złącznych stalowych. Współczynnik rozszerzalności cieplnej i moduł sprężystości są małe.
Materiały ze stopów tytanu powszechnie stosowane do elementów złącznych
Stop tytanu TC4
Stop tytanu TC4 jest średnio wytrzymałym dwufazowym stopem tytanu i jest również najczęściej badanym i stosowanym materiałem ze stopu tytanu. Większość materiałów ze stopu tytanu stosowanych w elementach złącznych to stop tytanu TC4. Kiedy stop tytanu TC4 jest używany do produkcji elementów złącznych, można zastosować tylko kucie na gorąco i należy użyć specjalistycznego sprzętu do kucia na gorąco i sprzętu grzewczego. To nie tylko wpływa na wydajność produkcji, ale także skutkuje stosunkowo niskim wskaźnikiem wykorzystania materiału. W przypadku elementów złącznych o wysokiej wytrzymałości, wytrzymałość elementów złącznych ze stopu tytanu TC4 nie może spełnić wymagań. Wytrzymałość na rozciąganie stopu po starzeniu roztworu może osiągnąć do 1100 MPa, a wytrzymałość na ścinanie wynosi około 650 MPa. Ze względu na słabą hartowność stopu tytanu TC4, rozmiar przekroju poprzecznego elementów złącznych ze stopu tytanu TC4 jest zwykle poniżej 19 mm podczas starzenia roztworu. Elementy złączne ze stopu tytanu TC4 obejmują śruby, śruby o wysokim zamku, szpilki, wkręty i nity z rowkiem pierścieniowym itp. Wśród nich większość śrub TC4 została szeroko zastosowana w krajowych samolotach, silnikach, sprzęcie pokładowym, pojazdach kosmicznych i satelitach.
Stop tytanu TC6
Stop tytanu TC6 jest martenzytycznym (α+β) dwufazowym stopem tytanu o doskonałych wszechstronnych właściwościach. Jego nominalny skład to Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si. Stop ten jest ogólnie stosowany w stanie wyżarzonym i może być również wzmacniany poprzez obróbkę cieplną. Ma również dobrą odporność na utlenianie.
Stop tytanu TC16
Stop tytanu TC16 jest typowym dwufazowym stopem tytanu wzmocnionym przez starzenie roztworu, o nominalnym składzie Ti-3Al-5Mo-4.5V. Po obróbce roztworem, stop ten ma wysoką plastyczność w temperaturze pokojowej, dzięki czemu ma dobre właściwości kucia na zimno, ze współczynnikiem spęczania dochodzącym do 1:4. W produkcji elementów złącznych, stop tytanu TC16 może być formowany bezpośrednio przez kucie na zimno lub przez kucie na gorąco. Obecnie elementy złączne ze stopu tytanu TC16 obejmują śruby, wkręty i nakrętki samozabezpieczające itp.
Przyszły trend rozwoju
Wraz z rozwojem przemysłu lotniczego, poziom technologii łączenia stosowany przez nowe samoloty i pojazdy kosmiczne stale się poprawia, a także stawiane są nowe wymagania dla nowych elementów złącznych. Jednym z przyszłych trendów rozwoju jest opracowanie elementów złącznych ze stopu tytanu o bardzo wysokiej wytrzymałości, o wytrzymałości na rozciąganie w zakresie od 1200 do 1500 MPa i wytrzymałości na ścinanie ≥750 MPa w przyszłości.
Elementy złączne tytanowe, te pozornie małe komponenty, są w rzeczywistości mikrokosmosem postępu w technologii lotniczej. Od redukcji masy samolotów po zapewnienie bezpieczeństwa konstrukcji, od odporności na wysoką temperaturę i korozję po kompatybilność elektromagnetyczną, elementy złączne ze stopu tytanu, z postawą „wszechstronnych graczy”, wspierają marzenie ludzkości o eksploracji nieba. W przyszłości, dzięki głębokiej integracji nauki o materiałach i technologii produkcji, elementy złączne tytanowe z pewnością zapiszą więcej przełomowych rozdziałów w dziedzinie lotniczej i staną się trwałą siłą napędową rewolucji wydajności samolotów.
