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靖江市恒丰铆钉制造有限公司 (编号 49864) http://www.hfrivet.com/
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航天器与飞机用紧固件
作者:恒丰铆钉
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航空与航天设备展厅
直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ...
螺钉、螺栓、铆钉等紧固件是许多产业使用的、便于安装和拆卸的紧固用机械零件,用途十分广泛,从钟表、手机等小型产品到住宅、大厦等建筑物,在组装时都要用到紧固件。所以紧固件是所有产业的基本的、通用的零件。因此,紧固件市场情况受到汽车、机械、建筑等使用螺钉、螺栓产业变化的很大影响,同时也是这些产业生产状况的反映。

一、飞机螺栓制造的特点

飞机螺栓制造的特点在于按照标准进行严格的制造和质量管理。例如日本的飞机制造除了在采购方面遵守MILNAS等通用标准,各机身制造厂和发动机制造厂还独自制定了有关标准,对使用材料、制造方法和试验评价方法进行了细致的规定。特别是在质量管理方面,对重要的热处理、表面处理、无损检验等特殊工序的技术要求和作业方法,在标准中作了严密规定,并且要经过航空公司和NADCAP认证。

在材料方面,要符合AMS和MIL等材料标准的规定。这些标准中除了对材料的化学成分和制造方法做了规定,还对与材料特征有关的热处理后的力学性能做了规定。有些航空公司将有关机身要求一直规定到飞机制造厂。不论开发出多么优良的材料,并经过长时间的反复实验和验证,如不经过这些标准的认定是不能够采用的。特别是对于螺栓,十分重视其高可靠性,所以足够的使用实绩非常重要。由于按照标准对飞机螺栓进行严格管理,所以与一般制造业用螺栓相比,飞机螺栓制造的自由度很小,螺栓的变化也小。

二、飞机螺栓用材

1、低合金钢

Ni-Cr-Mo钢等低合金钢,很早就用于机身要求高强度的部位,代表性的钢种有8740钢和4340钢。Ni-Cr-Mo钢的抗拉强度范围很大从125ksi到180ksi,可用于机身的各个部位。为适应机身轻量化的需求,随着材料和热处理技术的发展,制造出4330M、H-11、300M等抗拉强度从220ksi到260ksi的超高强度螺栓,但由于考虑到氢脆问题,多用于销钉等剪切应力状态的紧固。为防止这类低合金螺栓的锈蚀,必须进行表面处理,最常用的是镀镉。

2、耐蚀及耐热钢

耐蚀性螺栓一部分用300系、400系不锈钢制造,更多的是用析出硬化型不锈钢制造。使用的析出硬化型不锈钢有17-4PH,对用于强韧性要求更高部位的螺栓则使用PH13-8Mo。

具有良好的耐蚀及耐热性螺栓使用奥氏体耐热钢A286制造,用途很广。A286根据固溶温度的不同,可得到130ksi和140ksi两个强度级别。在加工制造螺栓时,通过冷加工和时效处理产生加工硬化,可以使螺栓强度进一步提高。利用加工硬化性,对160ksi和200ksi高强度钢进行拔丝,可以得到不同强度要求、不同用途的螺栓。加工硬化提高螺栓强度的氢脆危险性较小。由于奥氏体耐热钢是铁基合金,所以材料成本较低,今后用这类材料制造高强度螺栓的情况会有所增加。

耐蚀及耐热性螺栓用材,除了奥氏体耐热钢,还有Co基超合金MP35N。MP35N的常温强度为260ksi,并具有良好的疲劳强度、韧性和耐蚀性。MP35N螺栓虽然用量很少,但都用于条件恶劣的部位。

3、超耐热合金

飞机发动机的高温环境中使用的螺栓是超耐热合金螺栓。螺栓用材以Ni基超合金为主,主要有Waspaloy和Inconel718,其中Inconel718使用最多。Inconel718的通常使用强度是185ksi,通过固溶和时效使强度可以达到。Inconel718与上述的A286一样,基体是奥氏体,通过冷加工和时效处理可提高强度。近年来采用了拔丝后强度达到220ksi的Inconel718制造超耐热合金螺栓。过去高温强度良好的耐高温螺栓主要用于飞机发动机,现在将其作为高强度螺栓,在飞机机体的用量也有所增加。

Co基超合金MP159是对MP35N进行改进提高耐热性的材料,常温强度为260ksi,具有高疲劳强度和韧性,并且抗高温松弛能力强,MP159螺栓常用于工作条件苛刻的发动机。MP159经拔丝也具有加工硬化性,并在螺栓中得到利用。MP159和Waspaloy等含Co量很多的材料具有非常优良的性能,但材料成本很高,并且存在加工性不良的问题。

4、Ti合金

Ti合金比强度高,耐蚀性、耐热性也好,广泛用于飞机发动机和机身的各个部位。尽管Ti合金材料成本高、加工性也不好,但为实现要求机动性好的军用飞机和要求提高燃料效率的民用飞机的轻量化,Ti合金的应用在不断扩大。特别是近年来加快了复合材料在机身上的应用中,由于Ti合金具有良好的防止电化学腐蚀的特性,其应用率进一步提高。

用于制造螺栓的Ti合金主要是α-β合金的Ti-6Al-4V,经固溶时效处理,使用强度可达160ksi。其它的螺栓材料有强度比Ti-6Al-4V稍高的Ti-6Al-6V-2Sn和日本开发的热加工性良好的SP-700等α-β合金,但用量很少。目前飞机机身制造厂为实现机身的轻量化,迫切需要强度超过Ti-6Al-4V的高强度Ti合金螺栓。由于兼有良好的成型性和疲劳强度是很困难的,所以目前这种螺栓的材料尚未开发出来。

三、航天器用螺栓

飞机螺栓制造厂以其高超的技术、稳定的产品质量和高度的诚信赢得客户的好评,因此生产的螺栓产品也大量供给航天产业使用。航天器用螺栓由于用途不同,形状各异,很少使用飞机的标准螺栓,但螺栓材料大部分是飞机螺栓标准规定的材料。为提高发射航天器的推进力,对航天器提出了轻量化的要求,在这种情况下,采用了大量的Ti合金螺栓。此外,由于超耐热合金Waspaloy和Inconel718飞机螺栓具有良好的应用实绩,所以这些材料制造的螺栓也用于处于高温条件下的火箭发动机。人造卫星在地面和在轨道上是处于两个完全不同的环境,在轨道上处于真空的无重力状态,没有大的外力作用。但在发射过程的大气层内必须具有耐蚀性,另外,卫星本身也要求小型化和轻量化,所以多使用比强度高的Ti-6Al-4V螺栓。此外,由于卫星携带许多精密的电子仪器,因此非磁性的奥氏体不锈钢螺栓和A286螺栓的用量也不少。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (1/19/2016)
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