螺紋滾壓對1240MPa級高強鈦合金高鎖螺栓性能的影響

（中航工業北京航空制造工程研究所，北京 100024）

鈦合金不僅強度高、重量輕、抗腐蝕、耐高溫，而且與復合材料電極電位相近。隨著先進軍民、用飛機鈦合金和復合材料用量的不斷增加，鈦合金被廣泛用來制造航空航天緊固件。 Ti-6Al-4V是近50多年來世界航空緊固件行業最普遍使用的鈦合金，但其在使用上有兩個方面的限制：（1）強度限制，抗拉強度最高1100MPa；（2）尺寸限制，最大使用尺寸約19mm。基于飛機減重、高強度性能的目標，研究并發展1240MPa強度等級的鈦合金緊固件以替代合金鋼和不銹鋼緊固件，是世界范圍內航空緊固件領域的研究方向[1]。

航空航天對螺栓類緊固件具有較高的疲勞壽命要求，螺栓螺紋的加工要求在熱處理后，采用專用模具進行滾壓加工[2]。大量試驗數據和工業應用表明，滾壓加工金屬零件使其表層產生微小塑性變形，能改善金屬材料的晶粒組織，產生冷作硬化現象，即產生殘余壓應力，這對于提高零件性能、質量和使用壽命等具有非常明顯的效果[3-9]。航空航天螺紋緊固件的螺紋滾壓就是利用這一原理來成形螺紋，由于此方法屬于一種無屑加工工藝，不切斷金屬的纖維，使金屬流線保持完整。相比切削加工，滾壓螺紋表面質量好，加工效率高，加工的緊固件具有較高的機械強度。實踐證明，經過滾壓強化后的Ti-6Al-4V高鎖螺栓螺紋性能明顯提高，抗疲勞效果顯著。

Ti-5553高強鈦合金相比Ti-6Al-4V合金，強度更高、淬透性好，但是缺口敏感性更高，易于在應力集中部位發生斷裂。……