东莞市洪梅镇超深冷安全系数

　　航空航天紧固件用钛合金材料综述紧固件作为一种重要的通用基础件，在工业中具有举足轻重的作用，被称为“工业之米”。我国的ＡＲＪ２１－７００飞机总设计师吴光辉先生也盛赞紧固件“数以万计，类以群分，连结构，接系统，小物大为。

　　按种类可将紧固件分为螺栓、螺钉、螺柱、螺母、木螺钉、自攻螺钉、垫圈、铆钉、销、挡圈、链接副和紧固件－组合件等１３大类；根据应用领域，将紧固件分为一般用 途紧固件和航空航天紧固件。在航空领域，飞机的连接方式仍以机械连接为主，飞机的连接装配依靠大量的各类紧固件；在航天领域，飞行器部段之间的连接也要靠紧固件连接。随着装备轻量化发展，越来越多的航空 航天紧固件青睐于钛合金材料。在国外，钛合金紧固件的应用历史可追溯到２０世纪５０年 代，美国率先将 Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ 合金螺栓应用于 Ｂ－５２轰炸机，取得了显著的减重效果，钛合金紧固件在航空航天领域的应用由此发端。目前，美国、法国等欧美发达国家，钛合金紧固件９５％以上都采用上公认的 Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ 材料制造，一 些机型用的钛合金紧固件已经替代了３０ＣｒＭｎＳｉＡ钢。美国 Ｃ－５Ａ军用运输机采用钛合金紧固件后，质量减轻４５００ｋｇ左右；民用机波音７４７紧固件以钛替代钢后，质量减轻１８１４ｋｇ。俄罗斯钛合金紧固件和合金体系已经应用于伊尔－７６、伊 尔－８６、伊尔－９６、图－２０４、安－７２和安－１２４等机型中，明显减轻了飞机质量。例如图－２０４飞机上采用了９４０ｋｇ的ＢＴ１６钛合金紧固件，质量减轻６８８ｋｇ；伊尔－７６飞机用钛合金紧固件 １４．２ 万 件，质 量 减 轻 ６００ｋｇ。我国钛合金紧固件的研制历史可以追溯到１９６５年，２０世纪７０年代相关单位进行了钛合金铆钉及应用研究工作；２０世纪８０年代，我国部分第二代军用飞机上开始使用铆钉和螺栓等少量钛合金紧固件；２０世纪９０年代后期，随着国外第三代重型战斗机生产线的引进和国产第三代战斗机的研制，我国开始使用了一些钛合金紧固件；近年来，随着我国航空航天事业的发展，各单位相继开展了紧固件用钛合金材料的研制和紧固件制造工艺技术研发，钛合金紧固件率先在航空航天领域中大量应用，在民机上的用量也十分可观。据资料显示，每架国产Ｃ９１９飞机约需钛合金紧固件２０万 件，按计划２０１８年年产１５０架大飞机计算的话，每年需要３０００万件钛合金紧固件。

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　　·退火:消除残余应力，改善塑性。退火温度通常低于β相变点120-200℃，避免晶粒粗化。·固溶处理:在β相变点以下40-100℃保温后冷却，形成亚稳β相基体。

　　·时效处理:在450-550℃保温促使亚稳相分解，析出弥散α相，实现强化。

　　表面处理与连接技术采用喷砂、酸洗或阳氧化提升表面耐磨性；激光焊接和电子束焊接可确保高强连接，减少热影响区变形。

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　　表５ ＴＢ８与 Ｔｉ－１５－３钛合金氧化数据比较８）、 Ｔｉ－４５Ｎｂ合金

　　Ｔｉ－４５Ｎｂ 合金属于一种稳定 β 型钛合金，是一种铆钉钛合金材料。初，铆 钉用钛合金材料主要以纯钛为主，但是纯钛紧固件强度太低，在一些高承载部位，纯钛 紧固件无法满足要求，所以急需一种塑性接近于纯钛，而强度高于纯钛的钛合金材料，常用的亚稳定β型钛合金变形抗力大，室温塑性与纯钛相差较大。后来，人们研制出了 Ｔｉ－４５Ｎｂ合金，这种合金室温塑性高，室温伸长率可达２０％，断面收缩率高达６０％，冷加工能力十分。与纯钛相比，Ｔｉ－４５Ｎｂ合金具有较高的抗拉强度和剪切强度，分别达到４５０ＭＰａ和３５０ＭＰａ。

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　　钛合金优良的特性表现在:密度小（4.51g/cm3，钢的 57％）、强度高（抗拉强度680-1180Mpa）、硬度高（30-40HRC）、工作温度范围宽（高热600℃、低温-253℃）、耐蚀性好、无磁、热导率小、抗阻尼性能低等。

　　近年来，钛合金在航空航天、海洋工程、船舶、汽车、化工、电子、医疗、电力等行业的需求日益增多，广泛的市场需求正逐步加速钛合金锻造工艺与技术的发展。

　　本文主要为大家讲解一下钛合金热处理种类和热处理规范，有不当之处，欢迎指正。

　　01、钛合金热处理种类

　　钛合金常用的热处理方法为退火、固溶和时效处理。退火适用于各类钛合金，主要是为了获得最佳的力学性能，消除应力、提高塑性和稳定组织。固溶和时效处理是钛合金强化的主要手段。

　　去应力退火

　　退火温度比再结晶温度低100-250℃；

　　目的是为消除或减少加工过程中出现的内应力，防止和减少变形。

　　完全退火

　　又称:再结晶退火

　　退火温度接近再结晶温度和β转变点之间，退火过程主要发生再结晶，温度高于该合金的再结晶温度。

　　目的是降低硬度、提高塑性、稳定组织、改善加工性能。

　　双重退火

　　包括高温和低温两次退火，退火后空冷；高温为β转变点以下20-160℃，低温为相变点以下300-500℃。

　　目的是提高组织和性能的稳定性。

　　等温退火

　　双重退火的特殊形式

　　先加热到β转变点以下20-160℃，保温后，转移到低温炉（600-650℃）保温，然后出炉空冷到室温。

　　适用于β稳定元素含量较高的钛合金，采用缓慢冷却，使β相充分分解。

　　目的是得到稳定组织。

　　固溶处理

　　α+β两相区转变温度以上，β转变点以下28-83℃以下加热，特殊情况也可在β转变点以上加热，随后淬火。

　　目的是获得高比例时效强化的亚稳态β相。

　　时效处理

　　一般在425-650℃之间加热，时效温度和时效时间可以根据时效硬化曲线确定；

　　目的是促进亚稳态β相的分解或析出，从而提高合金强度。