钛及钛合金由于拥有比强度高.抗侵蚀性好、、、耐高温等一系列凸起利益.使其发展成为现代航空航天工业中广有前途的金属结构资料121。自从20世纪50年代美国初次将Ti-6AI-4V钛合金螺栓利用于B-52型轰炸机上,并获得了极度：：玫募踔爻尚Ш,各航空工业蓬勃国度都纷纷发展了钛合金紧固件的钻研及工程利用。

钛合金紧固件包办大部门比强度较低的钢制紧固件后，对飞行器减重获得极度显著的成效。如波音747飞机紧固件以钛代钢后,其结构质量减轻了1814 kg;俄罗斯的伊尔-96飞机,一架用14.2 万件钛合金紧固件,较钢!件重量减轻达600kg;一架图204飞机上选取940kg的BT16钛合金紧固件，较钢件减轻688kg。钛合金的正电位机能刚好与碳纤维复合伙料相匹配,有效地预防了紧固件的电偶侵蚀.使钛合金成为复合伙料的最佳衔接资料。因而,随着先进军民用飞机钛合金和复合伙料用量的不休增长,对钛合金紧固件的需要日益增长。钛合金比铝合金的使用温度逾越150-200C,对于在飞行器结构中因工作温度过高而不能选取铝合金紧固件的部位,钛合金将是-种更好的选择。此外.钛合金所固有的优良弹性和无磁性,对预防紧固螺栓的松动和防磁场滋扰也拥有极度重要的作用附7。

在美国军民用飞机上,钛合金紧固件已根基取代了合金钢紧固件。国外钛合金紧固件的利用已经极度普遍,大型民用飞机单机钛合金紧固件的用量达到数十万件,同时各类新型的钛合金紧固件也被不休地研制开发出来凹。我国钛合金紧固件的研制汗青可追忆到1965年,成都飞机设计钻研所凭据新机必要提出研制钛合金铆钉.20世纪70年代有关单元进行了钛合金铆钉及利用钻研工作.20世纪80年代在我国部家世二代军用飞机上起头少量使用钛合金铆钉、、、螺栓等紧固件89。20世纪90年代后期,随着国外第三代重型战斗机出产线的引进和国产第三代战斗机的研制,以及大最航空转包出产业务的发展.我国航空工业中起头使用一些钛合金紧固件。近年来随着我国航空航天工业的发展.国内有关单元有针对性地发展了大量基础资料与紧固件制作技术方面的钻研开发工作,目前我国自主研制出产的钛合金紧固件已经在我国的改型飞机和新设计的飞机中获得了大量工程利用。

1、、、铆钉类紧固件用钛合金资料

航空航天工业中常用的紧固件重要蕴含铆钉、、、螺栓及特种紧固件3大类。对铆钉来说,最重要的是资料的冷态塑性.只有冷态塑性好的资料制作的铆钉,才可能 进行冷铆接装置。通常在对强度要求不太高而对耐蚀机能要求高的部位选取钛合金铆钉, β型钛合金由于在固溶状态下为单一的晶、、、 且由于其拥有体心立方的原子结构分列.所以该类合金拥有极度优异的冷加工机能,极度合用于制作钛合金铆钉。

1.1 TB2钛合金

我国钛合金紧固件的研制就是以TB2钛合金铆钉的研制工作为起点的。1965 年,成都飞机设计钻研地点新机研制时提出.打算在其后机身钛结构件上选取钛 合金铆钉,并提出了论证和设计。从1970年起头,在天津冶金局资料钻研所和有色金属钻研院等单元的共同下,成都飞机设计钻研所与成飞公司结合发展了TB2钛合金铆钉的研制及利用钻研工作,先后实现了TB2钛合金资料研制、、、丝材冷镦成形钻研、、、铆钉铆接试验钻研等工作,并于1979年实现了有关工作技术鉴定,制订了暂行技术前提图。TB2 钛合金是-种亚不变型β钛合金,合金名义成分Ti-3AI-8Cr- -5Mo -5V。该合金在固溶处置状态下拥有优异的冷成形机能和焊接机能,我国目前重要用作制作卫星波纹壳体、、、星箭衔接带及各类冷镦铆钉,有时也用于小规格螺栓的制作。制作航空紧固件时, 其使用温度通常在300C以下,航天紧固件可在短功夫内使用到500C中。

1986年，我国颁布了第一部钛合金紧固件专用尺度CJB120-1986《钛合金铆钉》.1990年我国颁布了第2部及第3部钛合金紧固件专用技术尺度CJB856- _90%抗拉型钛合金环槽铆钉规范》与GJB857.1- -90《1000沉头抗拉型钛合金进环槽铆钉》这3部尺度都是TB2钛合金铆钉的专用技术尺度.就各类规格的TB2铆钉进行了明确规范,为其工程化批产及利用奠定了尺度基础。目前TB2制作的钛合金铆钉已经在我国航天工业中的多个型号获得了大量利用,同时在航空型号产品中也获得了肯定数量的利用,均获得了优良的成效13-1。

1.2 TB5钛合金

TB5钛合金是- -种亚不变β型钛合金,其名义成分为Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al。该合金最初是在美国空军的赞助下开发的.由洛克希德.马丁公司确定成分、、、TMET公司进行规；
；霾。该合金拥有优异的冷成形机能，其冷成形能力与纯钛相当,可在固溶状态下进行各类复杂零件的冷成形(如铆钉铆接),时效后室温拉伸强度可达1000MPa以上,该合金由于其V元素含量高,抗氧化机能较差,-般在200C以下的工作环境中使用,但是该合金拥有优异的抗侵蚀机能间。

美国普惠公司在其出产的航空发起机上大量使用Ti-15V-3Cr-3Sn-3AI钛合金作为托架,美国B-1B轰炸机上Ti-15V-3Cr- 3Sn-3A1钛合金零件的用量达到1000多个，Ti-15V-3Cr- 3Sn- 3AI钛合金紧固件在波音飞机上也利用了好多年网。我国使用TB5钛合金代替30CrMnSiA制作某歼击机伞梁以及制作卫星发起机波纹板等部件。同时选取TB5钛合金制作与歼击机伞梁和卫星波纹板配套使用的冷镦铆钉凹。

1.3 Ti-45Nb合金

Ti-45Nb合金作为一种铆钉专用资料,其凸起的利益是塑性高(伸长率可达20%以上,断面收缩率高达60%-80%),冷加工机能优异,其剪切强度(τ≥350MPa)和抗拉强度(σ！450MPa)均高于纯钛,并且冷变形抗力低于纯钛,极度适合做复合伙料衔接用铆钉资料。美国针对Ti-4SNb合金进行了大量的基础钻研工作.研制技术较为成熟,并于1974年列人AMS4982规范,2002年订正为AMS4982C,至今获得宽泛使用。美国在航空航天铆钉产品中，Ti-45Nb合金已经全面取代纯钛。该合金与Ti-6AI-4V合金搭配，.制成的双金属铆钉,已经在空客和波音飞机上获得大量利用17-19%。

对于要求剪切强度高在装置过程中不允许铆钉杆变形的铆钉,通常选取双金属钛合金铆钉,双金属钛合金铆钉是由Ti-6AI-4V钉杆和Ti-4SNb头部组成.经过惯性摩擦焊接.缜密融合在一路而形成了一个整体实心铆钉。这种双金属铆钉在铆接时,只需用较小的冲击力就能够使Ti-45Nb铆钉头产生塑性变形,而Ti-6AI-4V铆钉杆却不变形。双金属钛合金铆钉在B-1轰炸机、、、波音等飞机上宽泛用于钛合金构件及复合伙料构件的铆接。如美国F-14战斗机机翼前缘使用4000只该双金属铆钉.其委顿机能与高锁螺栓相当,而成本可降低50%,重量轻30%-40%.这种双金属铆钉的成本要低于其他β型钛合金铆钉。近年来我国也相继研制开发了该型双金属铆钉和Ti- 45Nb铆钉,已经在新一代飞机的复合伙料蒙皮铆接中获得了工程利用。

2、、、螺栓类紧固件用钛合金资料

航空航天紧固件中使用量最大的是钛合金螺栓,钛合金螺栓按其用处可分为通常螺栓高锁螺栓及过问型螺栓等。以来制作螺栓的钛合金资料,通常要求其热处 理后获得高的抗拉强度和剪切强度.通常要求其强度水平与30CrMnSiA高强度合金钢相当12。

2.1 TC4钛合金(！1100MPa级)

TC4 (美国商标Ti-6AI-4V )钛合金最初由美国在1954年首先研制成功,目前已经发展成为一种国际性的钛合金.是目前人们对其钻研最为全面、、、最为深刻的钛合金。在航空、、、航天、、、民用等工业中得到了宽泛利用。已经宽泛用于制作飞机结构中的梁、、、框、、、起落架、、、紧固件.航空发起机电扇、、、压气机盘、、、机匣、、、叶片等,同时也大量用于其他行业中,目前占钛合金产量的一半以上。该合金拥有优良的工艺塑性和超塑性，合金a+BIp转变温度980~- 1010C,持久工作温度可达400C。1973年起头，为共同涡扇-8航空发起机TC4钛合金叶片的研制工 作,我国起头了该合金的钻研与工程利用121956年,美国选取TC4 (Ti-6A1-4V )钛合金制作了当现代界上第一批钛合金螺栓，首先用在B-52轰炸机上(包办原3erMnsiA螺栓),由于使用成效极度：：，很快就被推广利用.此刻西方几平所有的飞机都在大量选取TC4 mlAY 41)社合金制作其螺栓。但是由于TC4 (Ti-6A144V)是α+ β叙相合金，不能冷锻成形、、、其钉头必须加热镦制.热处置需真空水淬和时效,对加工设备及工艺要求高。20世纪80年代后期，我国有关单元发展了TC4钛合金紧固件热镦技术钻研,先后开发出了热镦机床，与20世纪90年代实现了TC4钛合金紧固件的工业化出产。目前我国多个航空航天尺度件厂 都拥有批量出产TC4螺栓的热镦设备与技术能力,选取TC4钛合金制作的螺栓已经在我国新一代军机、、、航天飞行器、、、卫星中获得了大量工程利用126.10.2%。

2.2TC6钛合金(α≥980MPa级)

为满足航空发起机高温使用要求.北京航空制作工程钻研所研制出了可耐500 C以下高温的TC6 (俄罗斯资料BT3-1)钛合金紧固件,与TC4钛合金相比,该预资料对温度拥有较高的敏感性,其紧固件制作更难题。该合金是前苏联研制的BT3-1钛合金,名义成分为Ti-6A1-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si,目前在俄罗斯得到宽泛利用2。我国在1979年为共同WP13航空发起机TC6钛合金尾杆等部件及配套紧固件的研制工作，进行了该合金的仿制工作及利用钻研工作。TC6合金是一  种综合机能优良的马氏体型α+β型双相钛合金,通常在退人状态不使用也可进行适当的热处置强化。该合金拥有优良的机能,抗氧化机能和耐侵蚀机能极度优异,其制作的零部件可在400C下长功夫工作600h以上.450tC中P长功夫工作2000以上。等温退火处置后室温抗拉强度大于980MPaJ届服强度C大于840MPa、、、延长率大于10%、、、断面收缩率大于25%。400C高温拉伸强度大于720MPa、、、延长率大于14%、、、断面收缩率大于40%。为了进一步提高其使用强度.也可进行“固溶+时效"处置日。

2.3 TC16(σ！1030MPa级)

目前对于钢制紧固件,大部门都选取冷镦成形加工，只有少数尺寸较大的选取热镦成形加工，冷镦工艺使紧固件实现了大批量陆续出产。但是大部门工业钛 合金由于冷成形机能差.无法进行冷镦成形加工。因而，在西方国度，TC4钛合金紧固件重要选取热镦成形工艺步骤出产.热镦工艺的弊端在于:坯料加热时易出现部门烧伤和过热以及理论氧化,同时不易实现自动化陆续镦制、、、出产效能低。为了提高钛合金紧固件出产效能及其质量的不变性.前苏联研制开发了紧固件专用冷镦用BTI6钛合金,实现了钛合金紧固件冷镦技术的发展和逾越.并在伊尔76伊尔86.伊尔96、、、安124.Su27系列等苏制(俄制)飞机上获得了大量工程利用1.27。BT16 (我国仿制商标TC16)钛合金名义成分Ti-3AI- -5Mo -4.5V,该合金是马氏体型ax+β型双相钛合金，β不变系数为0.83,靠近临界成分。该钛合金重要用于制作工作温度350C以下的航空紧固件,合金a+β/β转变温度( 860+20) C。较小的β晶粒：：驮谕嘶鹱刺赂叽25%的β相体积分数决定了BT16合金拥有优异的室温工艺塑性,所以该合金可在室温前提下实现紧固件头部的冷镦成形,因而显著提高了其螺栓出产效能、、、降低了出产成本.随后在固溶时效热处置后其强度可达1030~1 180MPa。俄罗斯(前苏联)钛合金螺栓类紧固件重要选取BT16钛合金制作.使用了几十年没有出现任何质量变乱。我国20世纪90年代从俄罗斯引进了Su-27飞机出产线(为了满足Su- -27飞机的国 产化需要，国内有关单元随即发展了BT16钛合金及其紧固件的国产化工作!我国仿制后定名为TC16钛合金。有前我国自主研制出产的Te16钛合金螺栓已经在国产的第三代战斗机上获得了大量工程利用P1.2。

2.4 TB3(o！1100MPa级)

20世纪七八十年代,美国等西方工业蓬勃国度的航空航天用1100MPa级钛合金螺栓重要选取TC4 (Ti-6AI-4V )钛合金资料制作,都是选取热镦成形工艺出产。我国20世纪70年代末80年代初应复合伙料结构衔接需要,急需1100MPa的钛合金螺栓类紧固件,由于受到热镦设备的限度(其时国内没有热镦成形设备),无法研， 制出产100MPa级的TC4 (Ti-6AI-4V )螺栓,为此重要集中精力研制能够直接冷镦的β型钛合金, TB3钛合金就是在这种布景前提下研制开发出来的。TB3合金的成分设计参照了美国钛金属公司20世纪研制开发的Ti-8Mo- -8V-2Fe- 3AI钛合金。

TB3钛合金是一种可热处置强化的亚不变β型钛合金. 合金名义成分为Ti-10Mo-8V-1Fe- 3.5Al。该合金的重要利益是固溶处置状态拥有优异的冷成形机能,其冷镦比( D/D。)可达2.8,“固溶+时效"制度处置后可获得高的强度.重要用于制作使用温度低于300C的1100MPa级高强度航空航天紧固件。1982年10月,我国起头了TB3钛合金螺栓的研制工作，1985年研制工作获得进展.并形成了有关技术规范。在20世纪80年代中后期国产TB3钛合金先后制成高锁螺栓和过问型螺栓，装于飞机复合伙料结构与金属结构，为我国钛合金螺栓类紧固件的利用摸索出了二定经验基础。该合金现已宽泛用做1100MPa钛合金螺栓的制作,并已成功利用于Y-7. J-8、、、J-10 飞机及某些航天飞行器上。

目前，TB3钛合金已成为我国可能工业化出产的宇航飞行器用钛合金螺栓类紧固件的重要资料。同时，该钛合金也用于铆钉的制作.我国在2006年颁布的CJB120-2006《钛及钛合金铆钉》中也将TB3钛材作为铆钉用料正式列人尺度12.231。

2.5 TB8钛合金( σp≥1280MPa级)

随着航空航天技术的飞速发展,在军民用飞机上所选取的机械衔接技术要求越来越高,其所选取的尺度件技术含量也越来越高,其在整机上所起的作用已不仅是“紧固"、、、“衔接”作用,而是成为实现整机机能的重要结构件。将来航空航天技术的发展趋向要求新型紧固件的比强度高，即要求重量轻、、、强度高。所以美国、、、俄罗斯、、、法国等世界航空强都城在积极开发抗拉强度1200MPa以上的高强度钛合金资料及其紧固件。近年来,美铝公司开发出了Timetal555钛合金高强螺栓.其固溶时效后抗拉强度达1300MPa以上、、、双剪强度大于745MPa.延长率大于10% .各项机能指标齐全达到了典型的1250MPa镀镉合金钢紧固件规范的要求。SPS 航空紧固件集团选取SPS TITANTM761钛合金加工制作的螺栓产品Aerlite180,其抗拉强度可达1240MPa剪切强度可达745MPa,达到了很多合金钢和耐蚀合金紧固件的强度水平.同时减重40%。

为了紧跟国际先进航空航天钛合金紧固件发展趋向,近年来西工大超晶公司与信阳航天尺度件厂结合研制开发了紧固件专用TB8钛合金棒丝材及其1280MPa高强螺栓类紧固件,其规格从φ4~φ25。TB8钛合金是我国仿制美国的β21S钛合金,其名义成分为Ti-3AI-2.7Nb-15Mo, β2IS合金是美国钛金属公司( Timent ) 1989年为NASP打算研制开发的亚不变β型钛合金，β21S钛合金拥有优异的冷热加工机能、、、深的淬透性、、、高的抗蠕变机能、、、高的抗氧化机能和优良的抗侵蚀机能，所以该合金得到了飞机设计者和制作者的认可.作为良好的宇航结构资料于1994年首先被列人美国的ASTM尺度中，美国重要使用该合金制作航天飞机用钛基复合伙料及波音777等飞机发起机吊舱部件。我国从20世纪90年代起头进行了该合金的仿制工作,实现了某型飞机结构件用TB8钛合金锻件及钣金件的研制及利用钻研工作，由于最终没有获得工程化利用，仅在CB/T3620.1-2007《钛及钛合金商标和化学成分》中对其商标及成分进行规范.其资料及产品没有形成国标、、、国军标以及航标规范132期。

信阳航天尺度件厂与西工大超晶公司结合研制开发的1280MPa级TB8钛合金螺栓实物照片见图1,重要机能指标见表1。由于该合金的选取的β不变元素为高熔点、、、抗氧化的钼元素和铌元素,而非TB2. TB3钛合金选取的抗氧化机能差的钒元素,所以该合金制作的紧固件长功夫使用温度可达550C,彻底解决了传统高强B钛合金紧固件使用温度低(不高于300C)的问题。目前，研制开发的该1280MPa级TB8钛合金高强螺栓已经在我国新一代飞机中获得了工程利用,获得了优良的减重成效和与复合伙料相容性成效。

3、、、总结

能够看出,航空用钛合金紧固件的钻研与利用自工业钛合金出现就已经起头,美国.俄罗斯(前苏联)等航空工业蓬勃国度在很早就已经形成了切合自身工艺技术的紧固件用钛合金资料系统,钛合金紧固件已经在其航空制作领域获得了大量利用。而我国航空用钛合金紧固件的钻研及利用起步较晚,都是在航空发起机或飞机的仿制、、、技术借鉴或引进改进过程中被动进行的，制作紧固件的钛合金资料根基都是借鉴或仿制俄罗斯(前苏联).美国的,同时我们国度航空紧固件中钛合金紧固件的占有量相对较低。随着我国航空工业的迅速发展及对~飞行器机能要求的不休提高,将来高机能航空紧固件对其制作钛合金资料提出了更高强度.更高断裂韧性、、、更高委顿机能要求。

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