航空紧固件钛合金材料的应用现状

师俊峰， 韩珍梅

（贵州航天精工制造有限公司， 贵州 遵义 563125）

引言

航空紧固件钛合金材料在美国军事民用飞机中的应用量较高，但是，我国航天紧固件采用钛合金材料技术的发展时间很晚，长时间依赖进口材料，这对我国航空紧固件钛合金材料的应用与发展会造成不利影响。这就需要在实际工作中，全面研究航空紧固件钛合金材料的应用特点，积极开发材料，促使我国航空紧固件钛合金材料的合理应用。

1 航空紧固件钛合金材料的应用现状

1.1 国外应用现状

20世纪50年代，美国就在轰炸机中采用钛合金螺栓材料，取得了良好的成绩，材料应用的过程中，密度较小、强度高、疲劳性能也很好，合金成分非常简单，半成品方面的成本较低，在国外得到了广泛应用。20世纪中期Ti-64钛合金螺栓已经成为被美国与西欧国家航空领域广泛使用的紧固件材料，但是由于其冷塑性能较低，成型之后智能进行热镦，需要采用真空固溶设备进行处理，生产的成本较高，螺栓的生产尺寸也会受到一定限制，之后，美国开始研究新的钛合金紧固件。俄罗斯在航空紧固件中主要使用BT16材料，属于高强度的钛合金，强度水平较高，在实际应用的过程中生产效率比Ti-64高很多，被广泛应用在航空紧固件生产中。近年来在欧美国家航空领域中，开始采用Ti-153、Ti-3553等钛合金，应用的效果较为良好。

1.2 国内应用现状

我国在航空紧固件钛合金材料方面的研制时间很晚，20世纪60年代中期，我国成都市的飞机设计研究所开始对TB2钛合金铆钉材料进行研究，分析其在飞机机身中的应用，在20个世纪70年代末期才完成技术鉴定的工作任务。直到20世纪80年代，我国才开始进行TC4钛合金紧固件的研究，为克服难以成型的技术问题，积极借鉴了国外的钛合金铆钉生产技术，研究开发出摩擦焊接的技术，使得Ti-45Nb铆钉和TC4铆钉相互连接。在此之后，我国也开始按照国外的先进经验，制造出航空紧固件钛合金，但是，由于我国在材料生产的过程中质量缺乏稳定性，多数都对进口材料较为依赖，不仅成本较高，还会在采购方面无法充足供应，难以对其进行合理的研究与开发。

2 航空紧固件钛合金材料的应用分析

2.1 钛合金铆钉紧固件的应用

航空领域中的铆钉对材料冷态塑性提出很高要求，属于冷铆钉安装的主要前提与保障。一般情况下，钛合金铆钉会应用在耐腐蚀性能标准较高、强度标准不高的位置，具有一定的冷加工性能，属于航空铆钉制造中较为良好的材料，可以满足性能方面的需求。

2.1.1 Ti-45Hb材料

该材料在应用的过程中，伸长率能够达到20%之上，并且可塑性与冷却加工的性能良好，与纯钛相比，剪切、抗拉强度更好，冷变形抗力更小，属于航空铆钉紧固件制作的最佳材料。目前美国在航空领域中已经将Ti-45Hb材料应用在铆钉紧固件制造中，取代纯钛材料，取得了良好成绩。在剪切强度要求较高的位置，使用Ti-45Hb材料制作铆钉头，使用Ti-6AI-4V材料制作铆钉杆，可以形成良好的强度组合，适合进行飞机中钛合金部件与其他复合材料部件的连接，不仅可以降低整体质量，还能减少成本，促使各方面工作的有效落实[1]。

2.1.2 TB2材料

近年来我国在航空紧固件制作的过程中，已经开始采用TB2钛合金材料，制作航空的铆钉部件，经过技术鉴定分析，此类材料属于亚稳定型的β钛合金，在固溶的生产条件之下，具备一定的冷成型性能，且焊接的性能良好，可生产制作出小规格的螺栓铆钉。当前我国在TB2钛合金材料方面已经提出了很多技术标准，规定具体的技术规范，并大量应用在航空紧固件的制作中，可确保航空紧固件的制作质量，改善目前的工艺水平[2]。

2.1.3 TB5材料

TB5钛合金材料是亚稳定型的β钛合金，是美国空军研究开发出来的材料，其与纯钛材料相比，冷成型的性能良好，可以在固溶的条件之下实现复杂零部件的冷成型目的。与此同时，其还有一定的拉伸强度与抗腐蚀性能，但是，在实际应用的过程中，存在抗氧化性能过低的不足之处，只适合应用在200℃之内的环境中，在200℃环境中可确保制造出来的铆钉质量、强度与性能符合标准，应用的价值较高[3]。

2.2 钛合金螺栓紧固件的应用

航空紧固件钛合金材料涉及到螺栓紧固件，属于钛合金螺栓紧固件，与纯钛螺栓紧固件相比，其具有良好的应用性能与强度，可确保应用效果。

2.2.1 TC4材料

该材料是美国在20世纪中期研发并且制造的，当前在国际中得到了广泛应用，使用率较高，可应用在飞机起落架制造、紧固件制造与叶片制造等领域中，工艺塑性非常高，能够在400℃的状态之下长时间运行。我国目前在飞机紧固件制作中，也开始采用TC4钛合金材料，可全面提升螺栓紧固件的制作强度与性能，改善目前的生产制造现状。然而，在TC4钛合金材料应用过程中，不能进行冷镦成型，只能采用热处理的措施对其进行处理，并且对工艺技术提出了很高的要求，在此情况下，我国就研究出TC4钛合金紧固件的热镦机床设备，可有效进行工业化生产，可提升螺栓紧固件的生产制造水平与质量[4]。

2.2.2 TC6材料

近年来我国在航空紧固件的制造中已经开始采用TC6钛合金材料，具有耐高温的性能，可以在500℃的环境下运行，但是，其对制造工艺技术的要求很高，需采用高水平的工艺技术措施，确保紧固件的制作质量与效果。TC6钛合金材料在实际应用的过程中，是两相钛合金，其具有较高的综合性能，能够在退火的情况下继续使用，还可以通过热处理有效强化，具有一定的抗氧化性能与抗腐蚀性能。

2.2.3 TB5材料

此类材料在应用的过程中，是亚稳定型的β钛合金，可通过热处理强化，在固溶的状况之下，冷成型的性能较高。在实际生产的过程中，利用固溶方式、时效方式进行处理，可全面增强螺栓紧固件的强度，满足航空领域对紧固件的制造需求，确保整体紧固件的使用性能与效果，实现紧固件的高质量生产目的。

3 结语

近年来，国内外在航空紧固件生产制造过程中，已经开始采用钛合金材料，取得了良好的成绩。然而，我国在航空紧固件生产制造方面，钛合金材料的应用时间较晚，尚未形成成熟的技术体系，这就需要在航空紧固件的生产制造中形成正确观念意识，有效开展各方面的研究工作，采用高性能的钛合金材料制造航空紧固件，保证制造质量、强度与水平符合要求，以此提升紧固件的制造性能，促进航空制造业工作水平的提高。