我國(guó)航空緊固件（鈦合金螺絲）常用的鈦合金材料牌號(hào)及性能特點(diǎn)

鈦及鈦合金由于具有比強(qiáng)度高、抗腐蝕性好、耐高溫等一系列突出優(yōu)點(diǎn)，使其發(fā)展成為現(xiàn)代航空航天工業(yè)中廣有前途的金屬結(jié)構(gòu)材料[1 - 2] 。自從 20 世紀(jì) 50 年代美國(guó)首次將 Ti-6Al-4V 鈦合金螺栓應(yīng)用于 B-52 型轟炸機(jī)上，并取得了非常好的減重效果后，各航空工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都紛紛展開了鈦合金緊固件（鈦合金螺絲）的研究及工程應(yīng)用 。

鈦合金緊固件代替大部分比強(qiáng)度較低的鋼制緊固件后，對(duì)飛行器減重取得非常顯著的效果。如波音 747 飛機(jī)緊固件以鈦代鋼后，其結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕了 1814 kg；俄羅斯的伊爾 -96 飛機(jī)，一架用 14.2 萬(wàn)件鈦合金緊固件，較鋼件重量減輕達(dá) 600kg ；一架圖 204 飛機(jī)上采用 940kg 的BT16 鈦合金緊固件，較鋼件減輕 688kg [4] 。鈦合金的正電位性能恰好與碳纖維復(fù)合材料相匹配，有效地防止了緊固件的電偶腐蝕，使鈦合金成為復(fù)合材料的最佳連接材料[5] 。因此，隨著先進(jìn)軍民用飛機(jī)鈦合金和復(fù)合材料用量的不斷增加，對(duì)鈦合金緊固件的需求日益增加。鈦合金比鋁合金的使用溫度高出 150~200℃，對(duì)于在飛行器結(jié)構(gòu)中因工作溫度過(guò)高而不能采用鋁合金緊固件的部位，鈦合金將是一種更好的選擇。此外，鈦合金所固有的良好彈性和無(wú)磁性，對(duì)防止緊固螺栓的松動(dòng)和防磁場(chǎng)干擾也具有非常重要的作用[6 - 7] 。

在美國(guó)軍民用飛機(jī)上，鈦合金緊固件已基本取代了合金鋼緊固件。國(guó)外鈦合金緊固件的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，大型民用飛機(jī)單機(jī)鈦合金緊固件的用量達(dá)到數(shù)十萬(wàn)件，同時(shí)各類新型的鈦合金緊固件也被不斷地研制開發(fā)出來(lái)[5] 。我國(guó)鈦合金緊固件的研制歷史可追溯到 1965年，成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所根據(jù)新機(jī)需要提出研制鈦合金鉚釘，20 世紀(jì) 70 年代相關(guān)單位進(jìn)行了鈦合金鉚釘及應(yīng)用研究工作，20 世紀(jì) 80 年代在我國(guó)部分第二代軍用飛機(jī)上開始少量使用鈦合金鉚釘、螺栓等緊固件[8 - 9] 。

20世紀(jì) 90 年代后期，隨著國(guó)外第三代重型戰(zhàn)斗機(jī)生產(chǎn)線的引進(jìn)和國(guó)產(chǎn)第三代戰(zhàn)斗機(jī)的研制，以及大量航空轉(zhuǎn)包生產(chǎn)業(yè)務(wù)的開展，我國(guó)航空工業(yè)中開始使用一些鈦合金緊固件。近年來(lái)隨著我國(guó)航空航天工業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)相關(guān)單位有針對(duì)性地開展了大量基礎(chǔ)材料與緊固件制造技術(shù)方面的研究開發(fā)工作，目前我國(guó)自主研制生產(chǎn)的鈦合金緊固件已經(jīng)在我國(guó)的改型飛機(jī)和新設(shè)計(jì)的飛機(jī)中獲得了大量工程應(yīng)用[2，5，10] 。

1、鉚釘類緊固件用鈦合金材料

航空航天工業(yè)中常用的緊固件（鈦螺絲）主要包括鉚釘、螺栓及特種緊固件 3 大類。對(duì)鉚釘來(lái)說(shuō)，最重要的是材料的冷態(tài)塑性，只有冷態(tài)塑性好的材料制造的鉚釘，才能夠進(jìn)行冷鉚接安裝。通常在對(duì)強(qiáng)度要求不太高而對(duì)耐蝕性能要求高的部位采用鈦合金鉚釘，β 型鈦合金由于在固溶狀態(tài)下為單一的 β 晶粒、且由于其具有體心立方的原子結(jié)構(gòu)排列，所以該類合金具有十分優(yōu)異的冷加工性能，非常適用于制造鈦合金鉚釘[7,11 - 12] 。

1.1　TB2 鈦合金

我國(guó)鈦合金緊固件的研制就是以 TB2 鈦合金鉚釘?shù)难兄乒ぷ鳛槠瘘c(diǎn)的。1965 年，成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所在新機(jī)研制時(shí)提出，計(jì)劃在其后機(jī)身鈦結(jié)構(gòu)件上采用鈦合金鉚釘，并提出了論證和設(shè)計(jì)。從 1970 年開始，在天津冶金局材料研究所和有色金屬研究院等單位的配合下，成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所與成飛公司聯(lián)合展開了 TB2 鈦合金鉚釘?shù)难兄萍皯?yīng)用研究工作，先后完成了 TB2 鈦合金材料研制、絲材冷鐓成形研究、鉚釘鉚接試驗(yàn)研究等工作，并于 1979 年完成了相關(guān)工作技術(shù)鑒定，制訂了暫行技術(shù)條件[8] 。TB2 鈦合金是一種亞穩(wěn)定型 β 鈦合金，合金名義成分 Ti-3Al-8Cr-5Mo-5V。該合金在固溶處理狀態(tài)下具有優(yōu)異的冷成形性能和焊接性能，我國(guó)目前主要用作制造衛(wèi)星波紋殼體、星箭連接帶及各類冷鐓鉚 釘，有時(shí)也用于小規(guī)格螺栓的制造。制造航空緊固件時(shí)，其使用溫度一般在 300℃以下，航天緊固件可在短時(shí)間內(nèi)使用到 500℃[2] 。

1986 年，我國(guó)頒布了第一部鈦合金緊固件專用標(biāo)準(zhǔn) GJB120-1986《鈦合金鉚釘》，1990 年我國(guó)頒布了第2部及第3部鈦合金緊固件專用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)GJB856-90 《抗拉型鈦合金環(huán)槽鉚釘規(guī)范》與 GJB857.1-90《100°沉頭抗拉型鈦合金進(jìn)環(huán)槽鉚釘》，這 3 部標(biāo)準(zhǔn)都是 TB2 鈦合金鉚釘?shù)膶Ｓ眉夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)，就各類規(guī)格的 TB2 鉚釘進(jìn)行了明確規(guī)范，為其工程化批產(chǎn)及應(yīng)用奠定了標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)。目前 TB2 制造的鈦合金鉚釘已經(jīng)在我國(guó)航天工業(yè)中的多個(gè)型號(hào)獲得了大量應(yīng)用，同時(shí)在航空型號(hào)產(chǎn)品中也獲得了一定數(shù)量的應(yīng)用，均取得了良好的效果[13 - 15] 。

1.2　TB5 鈦合金

TB5 鈦合金是一種亞穩(wěn)定 β 型鈦合金，其名義成分為 Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al。該合金最初是在美國(guó)空軍的資助下開發(fā)的，由洛克希德·馬丁公司確定成分、TIMET公司進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)。該合金具有優(yōu)異的冷成形性能，其冷成形能力與純鈦相當(dāng)，可在固溶狀態(tài)下進(jìn)行各種復(fù)雜零件的冷成形（如鉚釘鉚接），時(shí)效后室溫拉伸強(qiáng)度可達(dá) 1000MPa 以上，該合金由于其 V 元素含量高，抗氧化性能較差，一般在 200℃以下的工作環(huán)境中使用，但是該合金具有優(yōu)異的抗腐蝕性能[16] 。

美國(guó)普惠公司在其生產(chǎn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)上大量使用Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al 鈦合金作為托架，美國(guó) B-1B 轟炸機(jī)上 Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al 鈦合金零件的用量達(dá)到1000 多個(gè)，Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al 鈦合金緊固件在波音飛機(jī)上也應(yīng)用了很多年[6] 。我國(guó)使用 TB5 鈦合金替代30CrMnSiA 制造某殲擊機(jī)傘梁以及制造衛(wèi)星發(fā)動(dòng)機(jī)波紋板等部件，同時(shí)采用 TB5 鈦合金制造與殲擊機(jī)傘梁和衛(wèi)星波紋板配套使用的冷鐓鉚釘[2] 。

1.3　Ti-45Nb 合金

Ti-45Nb 合金作為一種鉚釘專用材料，其突出的優(yōu)點(diǎn)是塑性高（伸長(zhǎng)率可達(dá) 20% 以上，斷面收縮率高達(dá) 60%~80%），冷加工性能優(yōu)異，其剪切強(qiáng)度（τ ≥ 350MPa）和抗拉強(qiáng)度（σ b ≥ 450MPa）均高于純鈦，并且冷變形抗力低于純鈦，非常適合做復(fù)合材料連接用鉚釘材料。美國(guó)針對(duì) Ti-45Nb 合金進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)研究工作，研制技術(shù)較為成熟，并于 1974 年列入AMS4982 規(guī)范，2002 年修訂為 AMS4982C，至今獲得廣泛使用。美國(guó)在航空航天鉚釘產(chǎn)品中，Ti-45Nb 合金已經(jīng)全面取代純鈦。該合金與 Ti-6Al-4V 合金搭配，制成的雙金屬鉚釘，已經(jīng)在空客和波音飛機(jī)上獲得大量應(yīng)用[17-19] 。

對(duì)于要求剪切強(qiáng)度高，在安裝過(guò)程中不允許鉚釘桿變形的鉚釘，一般采用雙金屬鈦合金鉚釘，雙金屬鈦合金鉚釘是由 Ti-6Al-4V 釘桿和 Ti-45Nb 頭部組成，經(jīng)過(guò)慣性摩擦焊接，緊密融合在一起而形成了一個(gè)整體實(shí)心鉚釘。這種雙金屬鉚釘在鉚接時(shí)，只需用較小的沖擊力就可以使 Ti-45Nb 鉚釘頭產(chǎn)生塑性變形，而 Ti-6Al-4V鉚釘桿卻不變形。雙金屬鈦合金鉚釘在 B-1 轟炸機(jī)、波音等飛機(jī)上廣泛用于鈦合金構(gòu)件及復(fù)合材料構(gòu)件的鉚接。如美國(guó) F-14 戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)翼前緣使用 4000 只該雙金屬鉚釘，其疲勞性能與高鎖螺栓相當(dāng)，而成本可降低50%，重量輕 30%~40%，這種雙金屬鉚釘?shù)某杀疽陀谄渌?β 型鈦合金鉚釘。近年來(lái)我國(guó)也相繼研制開發(fā)了該型雙金屬鉚釘和 Ti-45Nb 鉚釘，已經(jīng)在新一代飛機(jī)的 復(fù)合材料蒙皮鉚接中獲得了工程應(yīng)用[5，20] 。

2、螺栓類緊固件用鈦合金材料

航空航天緊固件中使用量最大的是鈦合金螺栓，鈦合金螺栓按其用途可分為普通螺栓、高鎖螺栓及干涉型螺栓等。以來(lái)制造螺栓的鈦合金材料，一般要求其熱處理后獲得高的抗拉強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度，通常要求其強(qiáng)度水平與 30CrMnSiA 高強(qiáng)度合金鋼相當(dāng)[21 - 22] 。

2.1　TC4 鈦合金（σ b ≥ 1100MPa 級(jí)）

TC4（美國(guó)牌號(hào) Ti-6Al-4V）鈦合金最初由美國(guó)在1954 年首先研制成功，目前已經(jīng)發(fā)展成為一種國(guó)際性的鈦合金，是目前人們對(duì)其研究最為全面、最為深入的鈦合金。在航空、航天、民用等工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。已經(jīng)廣泛用于制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的梁、框、起落架、緊固件，航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤、機(jī)匣、葉片等，同時(shí)也大量用于其他行業(yè)中，目前占鈦合金產(chǎn)量的一半以上。該合金具有良好的工藝塑性和超塑性，合金 α+β/β 轉(zhuǎn)變溫度980~1010℃，長(zhǎng)期工作溫度可達(dá)400℃。1973年開始，為配合渦扇 -8 航空發(fā)動(dòng)機(jī) TC4 鈦合金葉片的研制工作，我國(guó)開始了該合金的研究與工程應(yīng)用[2，23 - 24] 。

1956 年，美國(guó)采用 TC4（Ti-6Al-4V）鈦合金制造了當(dāng)今世界上第一批鈦合金螺栓，首先用在 B-52 轟炸機(jī)上（代替原 30CrMnSiA 螺栓），由于使用效果非常好，很快就被推廣應(yīng)用，現(xiàn)在西方幾乎所有的飛機(jī)都在大量采用 TC4（Ti-6Al-4V）鈦合金制造其螺栓。但是由于TC4（Ti-6Al-4V）是 α+β 雙相合金，不能冷鐓成形、其釘頭必須加熱鐓制，熱處理需真空水淬和時(shí)效，對(duì)加工設(shè)備及工藝要求高。20 世紀(jì) 80 年代后期，我國(guó)相關(guān)單位開展了 TC4 鈦合金緊固件熱鐓技術(shù)研究，先后開發(fā)出了熱鐓機(jī)床，與 20 世紀(jì) 90 年代實(shí)現(xiàn)了 TC4 鈦合金緊固件的工業(yè)化生產(chǎn)。目前我國(guó)多個(gè)航空航天標(biāo)準(zhǔn)件廠都具有批量生產(chǎn) TC4 螺栓的熱鐓設(shè)備與技術(shù)能力，采用TC4 鈦合金制造的螺栓已經(jīng)在我國(guó)新一代軍機(jī)、航天飛行器、衛(wèi)星中獲得了大量工程應(yīng)用[2，4 - 6，10，25] 。

2.2　TC6 鈦合金（σ b ≥ 980MPa 級(jí)）

為滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫使用要求，北京航空制造工程研究所研制出了可耐 500 ℃以下高溫的 TC6（俄羅斯材料 BT3-1）鈦合金緊固件，與 TC4 鈦合金相比，該材料對(duì)溫度具有較高的敏感性，其緊固件制造更困難。該合金是前蘇聯(lián)研制的 BT3-1 鈦合金，名義成分為 Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si，目前在俄羅斯得到廣泛應(yīng)用[5，24] 。我國(guó)在 1979 年為配合 WP13 航空發(fā)動(dòng)機(jī)TC6 鈦合金尾桿等部件及配套緊固件的研制工作，進(jìn)行了該合金的仿制工作及應(yīng)用研究工作。

TC6 合金是一種綜合性能良好的馬氏體型 α+β型雙相鈦合金，一般在退火狀態(tài)下使用，也可進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚韽?qiáng)化。該合金具有良好的性能，抗氧化性能和耐腐蝕性能非常優(yōu)異，其制造的零部件可在 400℃下長(zhǎng)時(shí)間工作 6000h 以上、450℃下長(zhǎng)時(shí)間工作 2000h 以上。

等溫退火處理后室溫抗拉強(qiáng)度大于 980MPa，屈服強(qiáng)度大于 840MPa、延伸率大于 10%、斷面收縮率大于 25%。400℃高溫拉伸強(qiáng)度大于 720MPa、延伸率大于 14%、斷面收縮率大于 40%。為了進(jìn)一步提高其使用強(qiáng)度，也可進(jìn)行“固溶 + 時(shí)效”處理[2] 。

2.3　TC16（σ b ≥ 1030MPa 級(jí)）

目前對(duì)于鋼制緊固件，大部分都采用冷鐓成形加工，只有少數(shù)尺寸較大的采用熱鐓成形加工，冷鐓工藝使緊固件實(shí)現(xiàn)了大批量連續(xù)生產(chǎn)。但是大部分工業(yè)鈦合金由于冷成形性能差，無(wú)法進(jìn)行冷鐓成形加工。因此，在西方國(guó)家，TC4 鈦合金緊固件主要采用熱鐓成形工藝方法生產(chǎn)，熱鐓工藝的缺點(diǎn)在于：坯料加熱時(shí)易出現(xiàn)局部燒傷和過(guò)熱以及表面氧化，同時(shí)不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)鐓制、生產(chǎn)效率低。為了提高鈦合金緊固件生產(chǎn)效率及其質(zhì)量的穩(wěn)定性，前蘇聯(lián)研制開發(fā)了緊固件專用冷鐓用BT16 鈦合金，實(shí)現(xiàn)了鈦合金緊固件冷鐓技術(shù)的發(fā)展和跨越，并在伊爾 76、伊爾 86、伊爾 96、安 124、Su27 系列等蘇制（俄制）飛機(jī)上獲得了大量工程應(yīng)用[21，26 - 27] 。

BT16（我國(guó)仿制牌號(hào) TC16）鈦合金名義成分 Ti-3Al-5Mo-4.5V，該合金是馬氏體型 α+β 型雙相鈦合金，β 穩(wěn)定系數(shù)為 0.83，接近臨界成分。該鈦合金主要用于制造工作溫度 350℃以下的航空緊固件，合金α+β/β 轉(zhuǎn)變溫度（860±20）℃。較小的 β 晶粒和在退火狀態(tài)下高達(dá) 25 % 的 β 相體積分?jǐn)?shù)決定了 BT16 合金具有優(yōu)異的室溫工藝塑性，所以該合金可在室溫條件下完成緊固件頭部的冷鐓成形，因而明顯提高了其螺栓生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)成本，隨后在固溶時(shí)效熱處理后其強(qiáng)度可達(dá) 1030~1180MPa。俄羅斯（前蘇聯(lián)）鈦合金螺栓類緊固件主要采用 BT16 鈦合金制造，使用了幾十年沒(méi)有出現(xiàn)任何質(zhì)量事故。我國(guó) 20 世紀(jì) 90 年代從俄羅斯引進(jìn)了 Su-27 飛機(jī)生產(chǎn)線，為了滿足 Su-27 飛機(jī)的國(guó)產(chǎn)化需求，國(guó)內(nèi)相關(guān)單位隨即開展了 BT16 鈦合金及其緊固件的國(guó)產(chǎn)化工作，我國(guó)仿制后命名為 TC16 鈦合金。

目前，我國(guó)自主研制生產(chǎn)的 TC16 鈦合金螺栓已經(jīng)在國(guó)產(chǎn)的第三代戰(zhàn)斗機(jī)上獲得了大量工程應(yīng)用[2 - 12，22] 。

2.4　TB3（σ b ≥ 1100MPa 級(jí)）

20 世紀(jì)七八十年代，美國(guó)等西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的航空航天用 1100MPa 級(jí)鈦合金螺栓主要采用 TC4（Ti-6Al-4V）鈦合金材料制造，都是采用熱鐓成形工藝生產(chǎn)。

我國(guó) 20 世紀(jì) 70 年代末 80 年代初應(yīng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接需求，急需 1100MPa 的鈦合金螺栓類緊固件，由于受到熱鐓設(shè)備的限制（當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)沒(méi)有熱鐓成形設(shè)備），無(wú)法研制生產(chǎn) 1100MPa 級(jí)的 TC4（Ti-6Al-4V）螺栓，為此主要集中精力研制可以直接冷鐓的 β 型鈦合金，TB3 鈦合金就是在這種背景條件下研制開發(fā)出來(lái)的。TB3 合金的成分設(shè)計(jì)參照了美國(guó)鈦金屬公司 20 世紀(jì)研制開發(fā)的 Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al 鈦合金[3，7，24] 。

TB3 鈦合金是一種可熱處理強(qiáng)化的亞穩(wěn)定 β 型鈦合金，合金名義成分為 Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al。該合金的主要優(yōu)點(diǎn)是固溶處理狀態(tài)具有優(yōu)異的冷成形性能，其冷鐓比（D t /D 0 ）可達(dá) 2.8， “固溶 + 時(shí)效”制度處理后可獲得高的強(qiáng)度，主要用于制造使用溫度低于 300℃的 1100MPa 級(jí)高強(qiáng)度航空航天緊固件。1982 年 10 月，我國(guó)開始了 TB3 鈦合金螺栓的研制工作，1985 年研制工作取得進(jìn)展，并形成了相關(guān)技術(shù)規(guī)范。在 20 世紀(jì) 80年代中后期國(guó)產(chǎn) TB3 鈦合金先后制成高鎖螺栓和干涉型螺栓，裝于飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與金屬結(jié)構(gòu)，為我國(guó)鈦合金螺栓類緊固件的應(yīng)用摸索出了一定經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)。該合金現(xiàn)已廣泛用做 1100MPa 鈦合金螺栓的制造，并已成功應(yīng)用于 Y-7、J-8、J-10 飛機(jī)及某些航天飛行器上。

目前，TB3 鈦合金已成為我國(guó)能夠工業(yè)化生產(chǎn)的宇航飛行器用鈦合金螺栓類緊固件的主要材料。同時(shí)，該鈦合金也用于鉚釘?shù)闹圃?，我?guó)在 2006 年頒布的 GJB120-2006《鈦及鈦合金鉚釘》中也將 TB3 鈦材作為鉚釘用料正式列入標(biāo)準(zhǔn)[2，6，28 - 31] 。

2.5　TB8 鈦合金（σ b ≥ 1280MPa 級(jí)）

隨著航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，在軍民用飛機(jī)上所采用的機(jī)械連接技術(shù)要求越來(lái)越高，其所采用的標(biāo)準(zhǔn)件技術(shù)含量也越來(lái)越高，其在整機(jī)上所起的作用已不僅是“緊固”、 “連接”作用，而是成為實(shí)現(xiàn)整機(jī)性能的重要結(jié)構(gòu)件。未來(lái)航空航天技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)要求新型緊固件的比強(qiáng)度高，即要求重量輕、強(qiáng)度高。所以美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)等世界航空強(qiáng)國(guó)都在積極開發(fā)抗拉強(qiáng)度1200MPa 以上的高強(qiáng)度鈦合金材料及其緊固件。近年來(lái)，美鋁公司開發(fā)出了 Timetal555 鈦合金高強(qiáng)螺栓，其固溶時(shí)效后抗拉強(qiáng)度達(dá) 1300MPa 以上、雙剪強(qiáng)度大于745MPa、延伸率大于 10%，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全達(dá)到了典型的 1250MPa 鍍鎘合金鋼緊固件規(guī)范的要求。SPS 航空緊固件集團(tuán)采用 SPS TITANTM761 鈦合金加工制造

的螺栓產(chǎn)品 Aerlite180，其抗拉強(qiáng)度可達(dá) 1240MPa、剪切強(qiáng)度可達(dá) 745MPa，達(dá)到了許多合金鋼和耐蝕合金緊固件的強(qiáng)度水平，同時(shí)減重 40% [5- 6] 。

為了緊跟國(guó)際先進(jìn)航空航天鈦合金緊固件發(fā)展趨勢(shì)，近年來(lái)西工大超晶公司與信陽(yáng)航天標(biāo)準(zhǔn)件廠聯(lián)合研制開發(fā)了緊固件專用 TB8 鈦合金棒絲材及其 1280MPa 高強(qiáng)螺栓類緊 固件，其規(guī)格從 φ 4~ φ 25。TB8 鈦合金是我國(guó)仿制美國(guó)的 β21S 鈦合金，其名義成分為 Ti-3Al-2.7Nb-15Mo，β21S 合金是美國(guó)鈦金屬公司（Timent）1989 年為 NASP 計(jì)劃研制開發(fā)的亞穩(wěn)定 β 型鈦合金，β21S鈦合金具有優(yōu)異的冷熱加工性能、深的淬透性、高的抗蠕變性能、高的抗氧化性能和良好的抗腐蝕性能，所以該合金得到了飛機(jī)設(shè)計(jì)者和制

造者的認(rèn)可，作為優(yōu)良的宇航結(jié)構(gòu)材料于 1994 年首先被列入美國(guó)的 ASTM 標(biāo)準(zhǔn)中，美國(guó)主要使用該合金制造航天飛機(jī)用鈦基復(fù)合材料及波音 777 等飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙部件。我國(guó)從 20 世紀(jì) 90 年代開始進(jìn)行了該合金的仿制工作，完成了某型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件用 TB8 鈦合金鍛件及鈑金件的研制及應(yīng)用研究工作，由于最終沒(méi)有獲得工程化應(yīng)用，僅在 GB/T3620.1-2007《鈦及鈦合金牌號(hào)和化學(xué)成分》中對(duì)其牌號(hào)及成分進(jìn)行規(guī)范，其材料及產(chǎn)品沒(méi)有形成國(guó)標(biāo)、國(guó)軍標(biāo)以及航標(biāo)規(guī)范[32 - 36] 。

信陽(yáng)航天標(biāo)準(zhǔn)件廠與西工大超晶公司聯(lián)合研制開發(fā)的 1280MPa 級(jí) TB8 鈦合金螺栓實(shí)物照片見圖 1，主要性能指標(biāo)見表 1。由于該合金的采用的 β 穩(wěn)定元素為高熔點(diǎn)、抗氧化的鉬元素和鈮元素，而非 TB2、TB3 鈦合金采用的抗氧化性能差的釩元素，所以該合金制造的緊固件長(zhǎng)時(shí)間使用溫度可達(dá) 550℃，徹底解決了傳統(tǒng)高強(qiáng) β 鈦合金緊固件使用溫度低（不高于 300℃）的問(wèn)題。目前，研制開發(fā)的該 1280MPa 級(jí) TB8 鈦合金高強(qiáng)螺栓已經(jīng)在我國(guó)新一代飛機(jī)中獲得了工程應(yīng)用，取得了良好的減重效果和與復(fù)合材料相容性效果。

3、總結(jié)

可以看出，航空用鈦合金緊固件的研究與應(yīng)用自工業(yè)鈦合金出現(xiàn)就已經(jīng)開始，美國(guó)、俄羅斯（前蘇聯(lián)）等航空工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在很早就已經(jīng)形成了符合自身工藝技術(shù)的緊固件用鈦合金材料體系，鈦合金緊固件已經(jīng)在其航空制造領(lǐng)域獲得了大量應(yīng)用。而我國(guó)航空用鈦合金緊固件的研究及應(yīng)用起步較晚，都是在航空發(fā)動(dòng)機(jī)或飛機(jī)的仿制、技術(shù)借鑒或引進(jìn)改進(jìn)過(guò)程中被動(dòng)進(jìn)行的，制造緊固件的鈦合金材料基本都是借鑒或仿制俄羅斯（前蘇聯(lián)）、美國(guó)的，同時(shí)我們國(guó)家航空緊固件中鈦合金緊固件的占有量相對(duì)較低。隨著我國(guó)航空工業(yè)的迅速發(fā)展及對(duì)飛行器性能要求的不斷提高，未來(lái)高性能航空緊固件對(duì)其制造鈦合金材料提出了更高強(qiáng)度、更高斷裂韌性、更高疲勞性能要求。

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