螺纹滚压对1240MPa级高强钛合金高锁螺栓性能的影响.pdf

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1、螺纹滚压对1240MPa级高强钛合金高锁螺栓性能的影响赵庆云。刘风雷，王立东，陈闯，王玉凤(中航工业北京航空制造工程研究所，北京100024)[摘要1针对1240MPa级高强钛合金高锁螺栓进行螺纹滚压强化工艺试验研究，结果表明：冷滚压螺纹时，高强钛合金高锁螺栓的螺纹牙顶出现超过0．12mm的折叠，温滚螺纹则没有超标缺陷。1240MPa级高强钛合金高锁螺栓温滚螺纹后的平均抗拉强度比冷滚螺．eL#0平均抗拉强度低约0．5kN，但高于标准要求20％。冷滚压的螺纹各部位显微硬度稍高于温滚压后的螺纹各部4-#-的显微硬度，冷滚和温滚均使材料得到硬化，适用于高强钛合金高锁螺栓的螺纹滚压工艺为温滚螺纹

2、。关键词：螺纹滚压；1240MPa；高强钛合金；高锁螺栓；紧固件；加工硬化DoI：10．16080／j．issnl671-833x．2016．19．075’q●赵庆云高级工程师。长期从事飞机机械连接技术研究。主要研究方向为新型标准件的开发，长寿命机械连接技术、航空紧固件用钛合金材料及紧固件制造技术。主持和参与了多项课题和型号标准件的研制工作．具有较强的理论基础和丰富的工程经验．发表论文20余篇。钛合金不仅强度高、重量轻、抗腐蚀、耐高温，而且与复合材料电极电位相近。随着先进军民、用飞机钛合金和复合材料用量的不断增加，钛合金被广泛用来制造航空航天紧固件。Ti一6A1—4V是近50多年来世界航

3、空紧固件行业最普遍使用的钛合金，但其在使用上有两个方面的限制：(1)强度限制，抗拉强度最高1100MPa；(2)尺寸限制，最大使用尺寸约19mm。基于飞机减重、高强度性能的目标，研究并发展1240MPa强度等级的钛合金紧固件以替代合金钢和不锈钢紧固件，是世界范围内航空紧固件领域的研究方向⋯。航空航天对螺栓类紧固件具有较高的疲劳寿命要求，螺栓螺纹的加工要求在热处理后，采用专用模具进行滚压加工BJ。大量试验数据和工业应用表明，滚压加工金属零件使其表层产生微小塑性变形，能改善金属材料的晶粒组织，产生冷作硬化现象，即产生残余压应力，这对于提高零件性能、质量和使用寿命等具有非常明显的效果[3-91

4、0航空航天螺纹紧固件的螺纹滚压就是利用这一原理来成形螺纹，由于此方法属于一种无屑加工工艺，不切断金属的纤维，使金属流线保持完整。相比切削加工，滚压螺纹表面质量好，加工效率高，加工的紧固件具有较高的机械强度。实践证明，经过滚压强化后的Ti一6AI一4V高锁螺栓螺纹性能明显提高，抗疲劳效果显著。Ti一5553高强钛合金相比Ti一6A1—4V合金，强度更高、淬透性好，但是缺口敏感性更高，易于在应力集中部位发生断裂。采用此材料制造1240MPa级高强钛合金高锁螺栓，需要针对螺纹滚压强化工艺进行研究，研究滚压参数对高强钛合金高锁螺栓性能的影响，对于高强钛合金高锁螺栓的研制具有重要意义。本文针对Ti

5、一5553高强钛合金2016年第19期·航空制造技术75材料的高锁螺栓进行试验研究，确定滚压方式对研制高锁螺栓的抗拉性能和疲劳性能的影响。研究结果可以为其他牌号的高强钛合金螺栓研制提供理论指导，并对1240MPa级钛合金高锁螺栓的批量生产具有重要的参考价值。试验材料及方法试验使用材料选为妒6的Ti一5553棒料，其成分见表1。将材料经热镦、热处理、磨削、机加工工序完成的螺栓半成品分别进行冷滚压螺纹和温滚压螺纹，然后进行组织流线检测，并经后序打孔、冲方、滚R后，进行抗拉强度检测，确定滚压方式与螺栓性能的对应关系。航空紧固件MJ螺纹的滚压在专用滚丝机上进行，模具为一对滚丝轮，滚丝轮的端面制有

6、螺纹。毛坯置于两滚轮间的支板上，滚丝轮径向进给，同时转动，挤压毛坯，形成螺纹。此方法在航空航天螺纹紧固件的批量生产上获得广泛应用，其优点是效率高，滚压妒6的螺纹，单件仅需2—3s。其次，可以节省材料，同时，滚制的螺纹机械性能高。本文滚制的螺栓为轻型螺栓，如图1所示，螺纹为短收尾结构(图1(a))。收尾区和待滚压螺纹区(图1(b))均需进行滚压强化，以满足螺栓的性能要求。滚制螺纹所用滚丝轮为小倒角短收尾滚丝轮，设备为MC一40CNC数控滚丝机，进给速度为lmm／s，有效滚压时间约为1s。分别采用冷滚和温滚方式进行滚压螺纹，温滚时采用功率8．5W，温度360oC。滚制的MJ6×1修正螺纹尺寸

7、如表2所示。对温滚和冷滚压后的螺纹进行显微硬度检测，如图2所示，针对螺纹牙顶部位，从螺栓轴心沿径向至螺纹大径，分别取0、lmm、2ram、2．3mm(等同牙底)、2．5lmm、2．64mm、2．77mm、2．9mm(等同大径)，共计8个点，检测硬度。针对牙底部位，从螺栓轴心沿径向至螺纹小径，分别取0、lmm、2mm、牙底，共计4个点，检测硬度。针对收尾环槽部位，从螺栓轴心沿径向至环槽底径，分别取0、lmm、2ram、槽底，共计4个点