鈦螺絲作為一種重要的通用基礎(chǔ)件，在工業(yè)中具有舉足輕重的作用，被稱(chēng)為“工業(yè)之米”。我國(guó)著名的ARJ21-700飛機(jī)總設(shè)計(jì)師吳光輝先生也盛贊緊固件“數(shù)以萬(wàn)計(jì)，類(lèi)以群分，連結(jié)構(gòu)，接系統(tǒng)，小物大為。按種類(lèi)可將緊固件分為螺栓、螺釘、螺柱、螺母、木螺釘、自攻螺釘、墊圈、鉚釘、銷(xiāo)、擋圈、鏈接副和緊固件組合件等13大類(lèi)；根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，將緊固件分為一般用途緊固件和航空航天緊固件。在航空領(lǐng)域，飛機(jī)的連接方式仍以機(jī)械連接為主，飛機(jī)的連接裝配依靠大量的各類(lèi)緊固件；在航天領(lǐng)域，飛行器部段之間的連接也要靠緊固件連接。隨著裝備輕量化發(fā)展，越來(lái)越多的航空航天緊固件青睞于鈦合金材料。在國(guó)外，鈦合金緊固件的應(yīng)用歷史可追溯到20世紀(jì)50年代，美國(guó)率先將Ti-6Al-4V螺栓應(yīng)用于B-52轟炸機(jī)，取得了顯著的減重效果，鈦合金緊固件在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用由此發(fā)端。目前，美國(guó)、法國(guó)等歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，鈦合金緊固件95％以上都采用國(guó)際上公認(rèn)的Ti-6Al-4V材料制造，一些先進(jìn)機(jī)型用的鈦合金緊固件已經(jīng)完全替代了30CrMnSiA鋼。美國(guó)C-5A軍用運(yùn)輸機(jī)采用鈦合金緊固件后，質(zhì)量減輕4500kg左右；民用機(jī)波音747緊固件以鈦替代鋼后，質(zhì)量減輕1814kg。俄羅斯鈦合金緊固件和合金體系已經(jīng)應(yīng)用于伊爾-76、伊爾-86、伊爾-96、圖-204、安-72和安-124等機(jī)型中，明顯減輕了飛機(jī)質(zhì)量。例如圖204飛機(jī)上采用了940kg的BT16鈦合金緊固件，質(zhì)量減輕688kg；伊爾-76飛機(jī)用鈦合金緊固件14.2萬(wàn)件，質(zhì)量減輕600kg。
我國(guó)鈦合金螺絲的研制歷史可以追溯到1965年，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，我國(guó)部分第二代軍用飛機(jī)上開(kāi)始使用鉚釘和螺栓等少量鈦合金緊固件；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(xiàn)的引進(jìn)和國(guó)產(chǎn)第三代戰(zhàn)斗機(jī)的研制，我國(guó)開(kāi)始使用了一些鈦合金緊固件；近年來(lái)，隨
著我國(guó)航空航天事業(yè)的發(fā)展，各單位相繼開(kāi)展了緊固件用鈦合金材料的研制和緊固件制造工藝技術(shù)研發(fā)，鈦合金緊固件率先在航空航天領(lǐng)域中大量應(yīng)用，在民機(jī)上的用量也十分可觀(guān)。據(jù)資料顯示，每架?chē)?guó)產(chǎn)C919飛機(jī)約需鈦合金緊固件20萬(wàn)件，按計(jì)劃2018年年產(chǎn)150架大飛機(jī)計(jì)算的話(huà)，每年需要3000萬(wàn)件鈦合金緊固件。
以下為幾種航空用鈦緊固件（鈦合金螺絲）的鈦合金材料。
1、TC4鈦合金
TC4鈦合金是一種中等強(qiáng)度的兩相鈦合金，也是研究和應(yīng)用最多的鈦合金材料，緊固件用鈦合金材料大多數(shù)是TC4鈦合金。TC4鈦合金制造緊固件時(shí)，只能采用熱鐓，且必須采用專(zhuān)門(mén)的熱鐓設(shè)備和加熱設(shè)備，不但影響生產(chǎn)效率，且材料利用率較低。
針對(duì)高強(qiáng)緊固件，TC4鈦合金緊固件強(qiáng)度不能滿(mǎn)足要求，合金固溶時(shí)效后的抗拉強(qiáng)度最高達(dá)到1100MPa，剪切強(qiáng)度在650MPa左右，由于TC4鈦合金淬透性差，固溶時(shí)效時(shí)，TC4鈦合金緊固件截面尺寸一般在19mm以下。TC4鈦合金緊固件包括螺栓、高鎖螺栓、抽釘、螺釘和環(huán)槽鉚釘?shù)?，其中TC4大多數(shù)螺栓已經(jīng)在國(guó)內(nèi)飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)載設(shè)備、航天飛行器和衛(wèi)星中獲得了大量應(yīng)用。
2、TC6鈦合金
TC6鈦合金是一種綜合性能優(yōu)異的馬氏體型（α＋β）型雙相鈦合金，名義成分為T(mén)i-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si，該合金一般在退火狀態(tài)下使用，也能通過(guò)熱處理進(jìn)行強(qiáng)化，還具有良好的抗氧化性能。
3、TC16鈦合金
TC16鈦合金是典型的固溶時(shí)效強(qiáng)化型兩相鈦合金，名義成分為T(mén)i-3Al-5Mo-４.5V。固溶處理后，該合金具有較高的室溫塑性，所以具有良好的冷鐓性能，鐓鍛比達(dá)到１:４。在緊固件制造方面，TC16鈦合金既可以直接冷鐓成形，也可以采用熱鐓成形。目前，TC16鈦合金緊固件有螺栓、螺釘和自鎖螺母等。
4、TB2鈦合金
TB2鈦合金是一種亞穩(wěn)定β型鈦合金，合金名義成分為T(mén)i-3Al-8Cr-5Mo-5V。在固溶狀態(tài)下，TB2鈦合金具有優(yōu)異的冷成形性能和焊接性能。目前，主要用作制造衛(wèi)星波紋殼體、星箭連接帶及各類(lèi)冷鐓鉚釘以及螺栓，尤其是TB2鈦合金鉚釘已經(jīng)在航空航天領(lǐng)域重點(diǎn)型號(hào)產(chǎn)品上得到大量應(yīng)用。
5、TB3鈦合金
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T(mén)i-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，其冷鐓比可達(dá)2.8，合金固溶時(shí)效后可獲得較高的強(qiáng)度，主要用于制造1100MPa級(jí)高強(qiáng)度航空航天鈦螺絲。
6、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T(mén)i-15V-3Cr-3Sn-3Al。TB5鈦合金具有優(yōu)異的冷成形性能，可以與純鈦的冷成形能力媲美。
固溶后，可進(jìn)行多種緊固件的冷成形；時(shí)效后室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)1000MPa。波音公司已經(jīng)將TB5鈦合金緊固件應(yīng)用在波音飛機(jī)上，我國(guó)也采用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。
7、TB8鈦合金
TB8鈦合金是一種亞穩(wěn)定β21S，其名義成分為T(mén)i-3Al-2.7Nb-15Mo。這種鈦合金具有優(yōu)異的冷熱加工性能、淬透性好，同時(shí)具有優(yōu)異的抗蠕變性能和抗腐蝕性能。由于該合金采用了高熔點(diǎn)、自擴(kuò)散系數(shù)小的同晶型β穩(wěn)定元素Mo和Nb，所以TB8鈦合金具有較高的高溫抗氧化性能，其抗氧化性能比Ti-15-3合金高100倍。
目前，TB8鈦合金高強(qiáng)螺栓已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我國(guó)航空領(lǐng)域重點(diǎn)型號(hào)產(chǎn)品上。
8、Ti-45Nb合金
Ti-45Nb合金屬于一種穩(wěn)定β型鈦合金，是一種鉚釘專(zhuān)用鈦合金材料。最初，鉚釘用鈦合金材料主要以純鈦為主，但是純鈦緊固件強(qiáng)度太低，在一些高承載部位，純鈦緊固件無(wú)法滿(mǎn)足要求，所以急需一種塑性接近于純鈦，而強(qiáng)度高于純鈦的鈦合金材料，常用的亞穩(wěn)定β型鈦合金變形抗力大，室溫塑性與純鈦相差較大。后來(lái)，人們研制出了Ti-45Nb合金，這種合金室溫塑性高，室溫伸長(zhǎng)率可達(dá)20％，斷面收縮率高達(dá)60％，冷加工能力十分優(yōu)異。
與純鈦相比，Ti-45Nb合金具有較高的抗拉強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度，分別達(dá)到450MPa和350MPa。
相關(guān)鏈接
