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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。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(kāi)了鈦合金緊固件的研究及工程應(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1814kg;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。
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。
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(kāi)發(fā)出來(lái)。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(kāi)始少量使用鈦合金鉚釘、螺栓等緊固件。
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(kāi)展,我國(guó)航空工業(yè)中開(kāi)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(kāi)展了大量基礎(chǔ)材料與緊固件制造技術(shù)方面的研究開(kāi)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。
雖說(shuō)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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