航空紧固件用钛合金的研究进展

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1、第20卷专辑1中国有色金属学报2010年10月Vol.20Special1TheChineseJournalofNonferrousMetalsOct.2010文章编号：1004-0609(2010)S1-s1021-03航空紧固件用钛合金的研究进展12赵庆云,徐锋(1.北京航空制造工程研究所，北京100024；2.宝钢股份特钢事业部，上海200940)摘要：分析航空紧固件用钛合金材料的应用概况、材料特性和紧固件加工制造特点，研究了新近开发的高强钛合金材料及所加工的紧固件性能特点。关键词：钛合金；航空紧固件；高强度中图分类号：TF804.3文献标志码：AResear

2、chprogressoftitaniumalloyforaerospacefasteners12ZHAOQing-yun,XUFeng(1.BeijingAeronauticalManufacturingTechnologyResearchInstitute,Beijing100024,China;2.SpecialSteelBusinessUnit,BaoshanIron&SteelCo.,LTD.,Shanghai200940,China)Abstract:Theapplicationstatus,materialscharacteristicsandmanuf

3、acturingtechnologyoftitaniumalloyforaerospacefastenerswerestudied.Emphasiswasmadeonnewlydevelopedhigh-strengthtitaniumfastenersandmaterialcharacteristics.Keywords:titaniumalloy;aerospacefastener;high-strength由于航空产品工作环境的特殊性以及高可靠性的固件已基本取代了合金钢紧固件。在现代飞机制造中，要求，对紧固件产品也提出更高的性能要求。因此，一架飞机所用的连接紧

4、固件少则几十万件，多则几百通常在进行航空紧固件的材料选择时，需要考虑下面万件，钛合金紧固件占其中螺纹紧固件的比例高达一些因素：最大和最小工作温度，环境的腐蚀性，不90%。钛合金紧固件已成为当今最重要的航空紧固件同材料间的电偶腐蚀，疲劳和冲击载荷等。另外，还品种。随着先进军民用飞机钛合金和复合材料用量的[1−3]需要考虑如何在公开市场上获得这些材料。不断增加，对钛合金紧固件的需求也日益加大。3钛及其合金由于具有密度小(4.51g/cm)、强度目前，航空钛合金紧固件使用较多的原材料有高、比强度大，且使用温度范围广(−212.22～426.66Ti-6Al-4V、BT16

5、和TC6等。随着航空工业的发展，℃)、抗疲劳性能(疲劳极限是钢的两倍)优异等特点，各种适合制作新型钛合金紧固件的原材料还将不断涌故非常适合在飞机等高速飞行器上使用。因为钛合金现。与复合材料的电极电位相近，所以钛合金紧固件成为复合材料的主要连接材料。另外，钛合金比合金钢更11100MPa强度等级钛合金耐腐蚀，在许多应用环境，不需要保护涂层。因此，钛及其合金也是生产极具发展潜力、应用于“重腐蚀或[1−3]恶劣环境”下的紧固件材料。1.1Ti-6Al-4V应用钛合金紧固件产生的减重效果，对提高飞机大多数钛合金紧固件由Ti-6-4(国内牌号TC4)制的推进力、增加射程、节省

6、燃料、减少费用等都将产造。TC4不能通过冷镦成形，只能热镦成形，时效后生巨大的效应。因此，在美国军民用飞机上,钛合金紧的强度可达1100MPa以上，常用于制造螺栓、螺钉、通信作者：赵庆云;电话:010-85701102;E-mail:maggie_zhaoqyb@hotmail.coms1022中国有色金属学报2010年10月环槽铆钉等，在400℃以下使用。钛合金，但是，Ti-6-4在紧固件使用上有2个方面的目前，TC4螺栓在国内飞机、发动机和机载设备限制因素：1)强度限制，抗拉强度最高1100MPa(160上的应用越来越多，加工的紧固件主要有钛螺栓、钛ksi)；2

7、)尺寸限制，最大使用尺寸约19mm(0.75in)。高锁螺栓、大底脚单面螺纹抽钉等，头型有90˚、由于在静动态性能方面很难取得平衡，钛合金在100˚、120˚沉头、半圆头等。主承力结构所要求的紧固件性能(见表1)上难以得到中航工业北京航空制造工程研究所已有近30年广泛应用。同时，减少合金钢和防锈钢的镉镀层的需的钛紧固件研发制造历史，解决了诸多钛紧固件研制求，结合Ti-6-4固有的淬透性的限制，引发了一些公生产的关键工艺技术，已研制、开发了多种钛合金紧司开发其他钛合金的兴趣。这样，用于替代Ti-6-4的固件，并得以应用。图1所示为该所加工的直径4～高强钛合金的开发