航空緊固件鈦合金材料的應(yīng)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(guó)軍事民用飛機(jī)中的應(yīng)用量較高，但是，我國(guó)航天緊固件采用鈦合金材料技術(shù)的發(fā)展時(shí)間很晚，長(zhǎng)時(shí)間依賴進(jìn)口材料，這對(duì)我國(guó)航空緊固件鈦合金材料的應(yīng)用與發(fā)展會(huì)造成不利影響。這就需要在實(shí)際工作中，全面研究航空緊固件鈦合金材料的應(yīng)用特點(diǎn)，積極開(kāi)發(fā)材料，促使我國(guó)航空緊固件鈦合金材料的合理應(yīng)用。

1 航空緊固件鈦合金材料的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀

20世紀(jì)50年代，美國(guó)就在轟炸機(jī)中采用鈦合金螺栓材料，取得了良好的成績(jī)，材料應(yīng)用的過(guò)程中，密度較小、強(qiáng)度高、疲勞性能也很好，合金成分非常簡(jiǎn)單，半成品方面的成本較低，在國(guó)外得到了廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)中期Ti-64鈦合金螺栓已經(jīng)成為被美國(guó)與西歐國(guó)家航空領(lǐng)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(jìn)行熱鐓，需要采用真空固溶設(shè)備進(jìn)行處理，生產(chǎn)的成本較高，螺栓的生產(chǎn)尺寸也會(huì)受到一定限制，之后，美國(guó)開(kāi)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(qiáng)度的鈦合金，強(qiáng)度水平較高，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中生產(chǎn)效率比Ti-64高很多，被廣泛應(yīng)用在航空緊固件生產(chǎn)中。近年來(lái)在歐美國(guó)家航空領(lǐng)域中，開(kāi)始采用Ti-153、Ti-3553等鈦合金，應(yīng)用的效果較為良好。

1.2 國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)在航空緊固件鈦合金材料方面的研制時(shí)間很晚，20世紀(jì)60年代中期，我國(guó)成都市的飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所開(kāi)始對(duì)TB2鈦合金鉚釘材料進(jìn)行研究，分析其在飛機(jī)機(jī)身中的應(yīng)用，在20個(gè)世紀(jì)70年代末期才完成技術(shù)鑒定的工作任務(wù)。直到20世紀(jì)80年代，我國(guó)才開(kāi)始進(jìn)行TC4鈦合金緊固件的研究，為克服難以成型的技術(shù)問(wèn)題，積極借鑒了國(guó)外的鈦合金鉚釘生產(chǎn)技術(shù)，研究開(kāi)發(fā)出摩擦焊接的技術(shù)，使得Ti-45Nb鉚釘和TC4鉚釘相互連接。在此之后，我國(guó)也開(kāi)始按照國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，制造出航空緊固件鈦合金，但是，由于我國(guó)在材料生產(chǎn)的過(guò)程中質(zhì)量缺乏穩(wěn)定性，多數(shù)都對(duì)進(jìn)口材料較為依賴，不僅成本較高，還會(huì)在采購(gòu)方面無(wú)法充足供應(yīng)，難以對(duì)其進(jìn)行合理的研究與開(kāi)發(fā)。

2 航空緊固件鈦合金材料的應(yīng)用分析

2.1 鈦合金鉚釘緊固件的應(yīng)用

航空領(lǐng)域中的鉚釘對(duì)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(huì)應(yīng)用在耐腐蝕性能標(biāo)準(zhǔn)較高、強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用的過(guò)程中，伸長(zhǎng)率能夠達(dá)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(qiáng)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(guó)在航空領(lǐng)域中已經(jīng)將Ti-45Hb材料應(yīng)用在鉚釘緊固件制造中，取代純鈦材料，取得了良好成績(jī)。在剪切強(qiáng)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(qiáng)度組合，適合進(jìn)行飛機(jī)中鈦合金部件與其他復(fù)合材料部件的連接，不僅可以降低整體質(zhì)量，還能減少成本，促使各方面工作的有效落實(shí)[1]。

2.1.2 TB2材料

近年來(lái)我國(guó)在航空緊固件制作的過(guò)程中，已經(jīng)開(kāi)始采用TB2鈦合金材料，制作航空的鉚釘部件，經(jīng)過(guò)技術(shù)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(dāng)前我國(guó)在TB2鈦合金材料方面已經(jīng)提出了很多技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定具體的技術(shù)規(guī)范，并大量應(yīng)用在航空緊固件的制作中，可確保航空緊固件的制作質(zhì)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(guó)空軍研究開(kāi)發(fā)出來(lái)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜零部件的冷成型目的。與此同時(shí)，其還有一定的拉伸強(qiáng)度與抗腐蝕性能，但是，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，存在抗氧化性能過(guò)低的不足之處，只適合應(yīng)用在200℃之內(nèi)的環(huán)境中，在200℃環(huán)境中可確保制造出來(lái)的鉚釘質(zhì)量、強(qiáng)度與性能符合標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用的價(jià)值較高[3]。

2.2 鈦合金螺栓緊固件的應(yīng)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(yīng)用性能與強(qiáng)度，可確保應(yīng)用效果。

2.2.1 TC4材料

該材料是美國(guó)在20世紀(jì)中期研發(fā)并且制造的，當(dāng)前在國(guó)際中得到了廣泛應(yīng)用，使用率較高，可應(yīng)用在飛機(jī)起落架制造、緊固件制造與葉片制造等領(lǐng)域中，工藝塑性非常高，能夠在400℃的狀態(tài)之下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。我國(guó)目前在飛機(jī)緊固件制作中，也開(kāi)始采用TC4鈦合金材料，可全面提升螺栓緊固件的制作強(qiáng)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(yīng)用過(guò)程中，不能進(jìn)行冷鐓成型，只能采用熱處理的措施對(duì)其進(jìn)行處理，并且對(duì)工藝技術(shù)提出了很高的要求，在此情況下，我國(guó)就研究出TC4鈦合金緊固件的熱鐓機(jī)床設(shè)備，可有效進(jìn)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(zhì)量[4]。

2.2.2 TC6材料

近年來(lái)我國(guó)在航空緊固件的制造中已經(jīng)開(kāi)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(yùn)行，但是，其對(duì)制造工藝技術(shù)的要求很高，需采用高水平的工藝技術(shù)措施，確保緊固件的制作質(zhì)量與效果。TC6鈦合金材料在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)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(guò)熱處理有效強(qiáng)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(yīng)用的過(guò)程中，是亞穩(wěn)定型的β鈦合金，可通過(guò)熱處理強(qiáng)化，在固溶的狀況之下，冷成型的性能較高。在實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中，利用固溶方式、時(shí)效方式進(jìn)行處理，可全面增強(qiáng)螺栓緊固件的強(qiáng)度，滿足航空領(lǐng)域?qū)o固件的制造需求，確保整體緊固件的使用性能與效果，實(shí)現(xiàn)緊固件的高質(zhì)量生產(chǎn)目的。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在航空緊固件生產(chǎn)制造過(guò)程中，已經(jīng)開(kāi)始采用鈦合金材料，取得了良好的成績(jī)。然而，我國(guó)在航空緊固件生產(chǎn)制造方面，鈦合金材料的應(yīng)用時(shí)間較晚，尚未形成成熟的技術(shù)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(shí)，有效開(kāi)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(zhì)量、強(qiáng)度與水平符合要求，以此提升緊固件的制造性能，促進(jìn)航空制造業(yè)工作水平的提高。