航空緊固件鈦合金材料的應用現(xiàn)狀

師俊峰， 韓珍梅

（貴州航天精工制造有限公司， 貴州 遵義 563125）

引言

航空緊固件鈦合金材料在美國軍事民用飛機中的應用量較高，但是，我國航天緊固件采用鈦合金材料技術的發(fā)展時間很晚，長時間依賴進口材料，這對我國航空緊固件鈦合金材料的應用與發(fā)展會造成不利影響。這就需要在實際工作中，全面研究航空緊固件鈦合金材料的應用特點，積極開發(fā)材料，促使我國航空緊固件鈦合金材料的合理應用。

1 航空緊固件鈦合金材料的應用現(xiàn)狀

1.1 國外應用現(xiàn)狀

20世紀50年代，美國就在轟炸機中采用鈦合金螺栓材料，取得了良好的成績，材料應用的過程中，密度較小、強度高、疲勞性能也很好，合金成分非常簡單，半成品方面的成本較低，在國外得到了廣泛應用。20世紀中期Ti-64鈦合金螺栓已經(jīng)成為被美國與西歐國家航空領域廣泛使用的緊固件材料，但是由于其冷塑性能較低，成型之后智能進行熱鐓，需要采用真空固溶設備進行處理，生產(chǎn)的成本較高，螺栓的生產(chǎn)尺寸也會受到一定限制，之后，美國開始研究新的鈦合金緊固件。俄羅斯在航空緊固件中主要使用BT16材料，屬于高強度的鈦合金，強度水平較高，在實際應用的過程中生產(chǎn)效率比Ti-64高很多，被廣泛應用在航空緊固件生產(chǎn)中。近年來在歐美國家航空領域中，開始采用Ti-153、Ti-3553等鈦合金，應用的效果較為良好。

1.2 國內應用現(xiàn)狀

我國在航空緊固件鈦合金材料方面的研制時間很晚，20世紀60年代中期，我國成都市的飛機設計研究所開始對TB2鈦合金鉚釘材料進行研究，分析其在飛機機身中的應用，在20個世紀70年代末期才完成技術鑒定的工作任務。直到20世紀80年代，我國才開始進行TC4鈦合金緊固件的研究，為克服難以成型的技術問題，積極借鑒了國外的鈦合金鉚釘生產(chǎn)技術，研究開發(fā)出摩擦焊接的技術，使得Ti-45Nb鉚釘和TC4鉚釘相互連接。在此之后，我國也開始按照國外的先進經(jīng)驗，制造出航空緊固件鈦合金，但是，由于我國在材料生產(chǎn)的過程中質量缺乏穩(wěn)定性，多數(shù)都對進口材料較為依賴，不僅成本較高，還會在采購方面無法充足供應，難以對其進行合理的研究與開發(fā)。

2 航空緊固件鈦合金材料的應用分析

2.1 鈦合金鉚釘緊固件的應用

航空領域中的鉚釘對材料冷態(tài)塑性提出很高要求，屬于冷鉚釘安裝的主要前提與保障。一般情況下，鈦合金鉚釘會應用在耐腐蝕性能標準較高、強度標準不高的位置，具有一定的冷加工性能，屬于航空鉚釘制造中較為良好的材料，可以滿足性能方面的需求。

2.1.1 Ti-45Hb材料

該材料在應用的過程中，伸長率能夠達到20%之上，并且可塑性與冷卻加工的性能良好，與純鈦相比，剪切、抗拉強度更好，冷變形抗力更小，屬于航空鉚釘緊固件制作的最佳材料。目前美國在航空領域中已經(jīng)將Ti-45Hb材料應用在鉚釘緊固件制造中，取代純鈦材料，取得了良好成績。在剪切強度要求較高的位置，使用Ti-45Hb材料制作鉚釘頭，使用Ti-6AI-4V材料制作鉚釘桿，可以形成良好的強度組合，適合進行飛機中鈦合金部件與其他復合材料部件的連接，不僅可以降低整體質量，還能減少成本，促使各方面工作的有效落實[1]。

2.1.2 TB2材料

近年來我國在航空緊固件制作的過程中，已經(jīng)開始采用TB2鈦合金材料，制作航空的鉚釘部件，經(jīng)過技術鑒定分析，此類材料屬于亞穩(wěn)定型的β鈦合金，在固溶的生產(chǎn)條件之下，具備一定的冷成型性能，且焊接的性能良好，可生產(chǎn)制作出小規(guī)格的螺栓鉚釘。當前我國在TB2鈦合金材料方面已經(jīng)提出了很多技術標準，規(guī)定具體的技術規(guī)范，并大量應用在航空緊固件的制作中，可確保航空緊固件的制作質量，改善目前的工藝水平[2]。

2.1.3 TB5材料

TB5鈦合金材料是亞穩(wěn)定型的β鈦合金，是美國空軍研究開發(fā)出來的材料，其與純鈦材料相比，冷成型的性能良好，可以在固溶的條件之下實現(xiàn)復雜零部件的冷成型目的。與此同時，其還有一定的拉伸強度與抗腐蝕性能，但是，在實際應用的過程中，存在抗氧化性能過低的不足之處，只適合應用在200℃之內的環(huán)境中，在200℃環(huán)境中可確保制造出來的鉚釘質量、強度與性能符合標準，應用的價值較高[3]。

2.2 鈦合金螺栓緊固件的應用

航空緊固件鈦合金材料涉及到螺栓緊固件，屬于鈦合金螺栓緊固件，與純鈦螺栓緊固件相比，其具有良好的應用性能與強度，可確保應用效果。

2.2.1 TC4材料

該材料是美國在20世紀中期研發(fā)并且制造的，當前在國際中得到了廣泛應用，使用率較高，可應用在飛機起落架制造、緊固件制造與葉片制造等領域中，工藝塑性非常高，能夠在400℃的狀態(tài)之下長時間運行。我國目前在飛機緊固件制作中，也開始采用TC4鈦合金材料，可全面提升螺栓緊固件的制作強度與性能，改善目前的生產(chǎn)制造現(xiàn)狀。然而，在TC4鈦合金材料應用過程中，不能進行冷鐓成型，只能采用熱處理的措施對其進行處理，并且對工藝技術提出了很高的要求，在此情況下，我國就研究出TC4鈦合金緊固件的熱鐓機床設備，可有效進行工業(yè)化生產(chǎn)，可提升螺栓緊固件的生產(chǎn)制造水平與質量[4]。

2.2.2 TC6材料

近年來我國在航空緊固件的制造中已經(jīng)開始采用TC6鈦合金材料，具有耐高溫的性能，可以在500℃的環(huán)境下運行，但是，其對制造工藝技術的要求很高，需采用高水平的工藝技術措施，確保緊固件的制作質量與效果。TC6鈦合金材料在實際應用的過程中，是兩相鈦合金，其具有較高的綜合性能，能夠在退火的情況下繼續(xù)使用，還可以通過熱處理有效強化，具有一定的抗氧化性能與抗腐蝕性能。

2.2.3 TB5材料

此類材料在應用的過程中，是亞穩(wěn)定型的β鈦合金，可通過熱處理強化，在固溶的狀況之下，冷成型的性能較高。在實際生產(chǎn)的過程中，利用固溶方式、時效方式進行處理，可全面增強螺栓緊固件的強度，滿足航空領域對緊固件的制造需求，確保整體緊固件的使用性能與效果，實現(xiàn)緊固件的高質量生產(chǎn)目的。

3 結語

近年來，國內外在航空緊固件生產(chǎn)制造過程中，已經(jīng)開始采用鈦合金材料，取得了良好的成績。然而，我國在航空緊固件生產(chǎn)制造方面，鈦合金材料的應用時間較晚，尚未形成成熟的技術體系，這就需要在航空緊固件的生產(chǎn)制造中形成正確觀念意識，有效開展各方面的研究工作，采用高性能的鈦合金材料制造航空緊固件，保證制造質量、強度與水平符合要求，以此提升緊固件的制造性能，促進航空制造業(yè)工作水平的提高。