鈦合金緊固件

鈦合金緊固件主要采用三類材料：第一類是低Mo當(dāng)量的α-β型兩相合金，如Ti-6Al-4V；第二類是亞穩(wěn)定β合金，有美國的βIII，Ti-44.5Nb，Ti-15-3以及我國的TB2，TB3和TB8；第三類是亞臨界成分的α-β型兩相合金，如俄羅斯的BT16l。

第一類Ti-6Al-4V是低Mo當(dāng)量α-β型兩相合金，在三類合金中β穩(wěn)定系數(shù)最低(只有0.27)，而鋁當(dāng)量則最高(達到6)。所以在退火狀態(tài)的β相含量只有7％(體積分數(shù))。它的優(yōu)點是密度最低，強度和疲勞性能最好，成分最簡單，半成品成本最低。但由于室溫塑性沒有達到足夠高，所以加工緊固件時需要采用感應(yīng)加熱進行熱鐓成形，以及真空固溶處理加時效處理，加工成本較高。

第二類為β合金(如TB2，TB3，TB5，TB8等)，與α-β型合金完全不同，Bβ穩(wěn)定系數(shù)很高，在1.15~1.97范圍內(nèi)，而鋁當(dāng)量則降低到3左右。所以在固溶處理時可獲得單一β相，從而能在室溫下冷鐓成形螺栓和鉚釘，加工成本低，缺點是密度高，強度雖與Ti-6Al-4V相當(dāng)，但疲勞性能不如Ti-6Al-4v，而且成分復(fù)雜，半成品成本高。由于同樣需要進行真空時效處理，所以成品緊固件的成本仍要高于Ti-6Al-4V，而使用溫度也比Ti-6Al-4V低。

第三類是BT16合金的密度比Ti-6Al-4V要略高一些，但顯著低于β合金。BT16合金β穩(wěn)定系數(shù)為0.83，介于上述兩類之間，接近臨界成分(β穩(wěn)定系數(shù)為1)。在β穩(wěn)定元素和Ti組成的二元合金中，隨著β穩(wěn)定元素含量的增加，晶粒尺寸逐漸減小，在l臨界濃度附近，α相和β相數(shù)量相等，晶粒尺寸達到最小。穩(wěn)定元素進一步增加時，晶粒尺寸增加。較小的p晶粒和在退火狀態(tài)下高達25％(體積分數(shù))的β相含量決定了BT16合金具有優(yōu)異的室溫T藝塑性。所以BT16合金具備了室溫條件下完成緊固件頭部的快速鐓粗的條件，即冷鐓。

緊固件鈦合金的應(yīng)用

Ti-6A1-4V是一種中等強度的α-β型兩相鈦合金，具有優(yōu)異的綜合性能，半成品規(guī)格齊全，有棒材、鍛件、厚板、薄板、型材和絲材等。該合金長時間工作溫度可達400℃，在航空和航天工業(yè)中獲得了最廣泛的應(yīng)用，是美國和西歐各國在航空和航天部門應(yīng)用的主要緊固件材料。

俄羅斯鈦合金緊固件主要采用BT16鈦合金。BT16合金屬于Ti-Al-Mo-4V系α-β型高強鈦合金，主要半成品是熱軋棒材和冷鐓用磨光棒、絲材，主要用于制造緊固件，如螺栓、螺釘、螺母和鉚釘?shù)?。最高工作溫?50℃。該合金在固溶時效狀態(tài)下的強度比Ti-6Al-4V合金稍低．主要優(yōu)點是在退火狀態(tài)下可以冷鐓成形，因而明顯提高了生產(chǎn)效率以冷變形方式制造的緊固件在俄羅斯的機械制造業(yè)得到廣泛應(yīng)用，也是俄羅斯航空和航天部門應(yīng)用的主要標準件材料，在本國的某些型號飛機上也得到應(yīng)用。

該合金有兩種使用狀態(tài)：冷變形強化不進行熱處理和熱鐓成形加固溶時效處理。

鈦合金緊固件優(yōu)點

(1)?密度小。鈦合金的密度顯著小于鋼鐵材料的密度，所以鈦合金緊固件比鋼制緊固件材料質(zhì)量輕。

(2)?比強度高。鈦合金是常見金屬材料中比強度較高的金屬材料。利用比強度高的優(yōu)點，也可以采用鈦合金替代質(zhì)量較輕的鋁合金材料，當(dāng)外加載荷相同情況下，鈦合金零部件的幾何尺寸更小，能有效地節(jié)省空間，這種材料利用理念對航空航天領(lǐng)域具有十分重要的意義。

(3)?熔點高。鈦合金的熔點顯著高于鋼鐵材料，所以鈦合金緊固件的耐熱性比鋼制緊固件耐熱性好。

(4)?熱膨脹系數(shù)和彈性模量小。鈦合金材料的熱膨脹系數(shù)和彈性模量比鎳合金和鋼鐵材料小，在相同溫度變化區(qū)間內(nèi)，鈦合金產(chǎn)生的熱應(yīng)力很小，所以鈦合金具有較高的熱疲勞性能。

(5)?無磁。鈦合金的磁導(dǎo)率十分小，幾乎可以忽略，所以鈦合金緊固件都是無磁的，能夠有效防止磁場的干擾。奧氏體不銹鋼也是無磁的，但后續(xù)冷加工會增加其磁性，而鈦合金的熱或冷加工均不改變其磁性，這使得鈦合金可以應(yīng)用在航電設(shè)備中。

(6)?屈強比高。承受拉伸載荷的緊固件設(shè)計臨界強度標準就是屈服強度，其次才是抗拉強度，因為一旦緊固件產(chǎn)生屈服變形，就會失去緊固作用。

(7)?電極電位與碳纖維復(fù)合材料相匹配。在緊固件上，鈦合金用量十分巨大的重要原因就是鈦合金電極電位與碳纖維復(fù)合材料電極電位相匹配，有效阻止了電偶腐蝕現(xiàn)象的出現(xiàn)。

(8)鈦合金還具有優(yōu)異的耐蝕性、較高的蠕變抗力等優(yōu)點。