东莞市大朗镇模具高压高真空固融工厂

　　ＴＢ８钛合金是一种亚稳定β２１Ｓ钛合金，其名义成分为 Ｔｉ－３Ａｌ－２．７Ｎｂ－１５Ｍｏ。这种钛合金具有的冷热加工性能、淬透性好，同时具有的抗蠕变性能和抗腐蚀性能。由于该合金采用了高熔点、自扩散系数小的同晶型β稳定元素 Ｍｏ和 Ｎｂ，所以ＴＢ８钛合金具有较高的高温抗氧化性能，其抗氧化性能比 Ｔｉ－１５－３合金高１００倍，具体数据见表５。目前，ＴＢ８钛合金高强螺栓已经广泛应用于我国航空领域重点型号产品上。

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　　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。

　　在电影《钢铁侠》中有一个情节是，托尼在第二代战甲试飞过程中，挑战盔甲战衣强度，一直飞向天空，但是上升到一定高度后，全身结冰的问题突出明显，战甲表面开始结冰，而且电力系统也出现问题，托尼从高空降下后才慢慢恢复。为了防止钢铁盔甲结冰，第三代钢铁侠战甲就用了钛合金，这其实是有科学依据的。钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。有些钛合金在零下253度仍有一定塑性，飞行器飞到地球大气最冷的大气中间层(距离地面50 km～85 km)温度也只有零下八十到零下一百一十的温度，所以钛合金是制造飞行器最好的选择。

　　在现实中，能飞出大汽层的可能只有火箭了。但这并不代表钛合金只能应用在航天航空行业中。钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高，在工业中有很多特定的环境和空间需要用到钛合金制造的零配件。

　　钛合金加工是一个复杂且专业性很强的过程，涉及到多种技术和工艺，以确保材料的高性能和加工的经济性。加工钛合金时，还需注意控制加工环境，避免材料吸氧、氢和氮，导致性能下降。此外，选择合适的加工参数和刀具路径，以及进行必要的中间退火，都是保证加工质量和效率的关键。钛合金加工制造的英文是 "Titanium Alloy Parts Manufacturing"。德文是 "Herstellung von Titanlegierungsbauteilen"。俄文是 "Производство деталей из титановых сплавов"。

　　钛合金的加工性能和最终的力学性能很大程度上取决于其微观组织结构。热处理，包括退火、时效处理和定向再结晶等，被用来优化钛合金的微观结构，从而提升其机械性能和加工性。例如，退火可以消除加工硬化，恢复材料的塑性，而时效处理则可以强化材料。机械加工技术: 切削:钛合金切削时，由于其硬度较高和导热性差，需要采用硬质合金刀具，特别是钨钴类硬质合金，因为它们与钛的化学亲和力小，导热性相对较好。切削过程中，采用较小的前角和较大的后角，以及圆弧过渡刃，可以减少刀具磨损和提高加工质量。 磨削、铣削、钻削、镗孔、攻丝:这些加工方法同样需要选择合适的刀具材料和加工参数，以防止刀具过早磨损和工件变形。

　　电火花加工（EDM）和线切割适用于加工硬质材料的复杂形状，尤其在需要极高精度时。 焊接技术:钛合金焊接时，因为其高熔点和化学活性，容易产生气孔和富集效应，因此常采用TIG（钨极惰性气体保护焊）、激光焊和等离子弧焊等高能密度焊接方法，并在保护性气氛下进行，以减少污染。 表面处理技术:为了提高钛合金的耐磨性、耐蚀性等，会采用表面处理技术，如化学转化膜处理、喷砂、电镀、离子渗镀、等离子喷涂等。

　　锻造和轧制:热锻和热轧是将钛合金坯料在高温下变形，以形成所需形状和尺寸，冷轧则是在室温或接近室温下进行，适用于需要高精度尺寸和表面质量的产品。

　　TC4钛合金是目前应用范围广、综合性能均衡的高端结构钛材，凭借轻质高强、耐腐蚀、耐高温等优势，成为3C精密零部件等领域的关键材料，市场需求持续旺盛。钛合金卷材轧制工艺壁垒高、管控难度大，裂边、尺寸精度偏差、表面龟裂等行业共性难题，长期制约着规模化量产。为啃下这块 “硬骨头”，攀钢沈钛制造中心、西昌制造中心联合攀钢研究院、西昌钢钒板材厂多方力量协同攻关，锚定生产全流程痛点、难点发力。

　　表２ 紧固件用钛合金材料表３ 铆钉用钛合金材料的力学性能

　　表４ 螺栓用钛合金材料固溶时效的力学性能

　　２、 几种紧固件用重要钛合金材料

　　１）、 ＴＣ４钛合金

　　ＴＣ４钛合金是一种中等强度的两相钛合金，也是研究和应用多的钛合金材料，紧固件用钛合金材料大多数 是 ＴＣ４钛合金。ＴＣ４钛合金制造紧固件时，只能采用热镦，且采用专门的热镦设备和加热设备，不但影响生产效率，且材料利用率较低。针对高强紧固件，ＴＣ４钛合金紧固件强度不能满足要求，合金固溶时效后的抗拉强度高达到１１００ＭＰａ，剪切强度在６５０ＭＰａ左右，由于ＴＣ４钛合金淬透性差，固溶时效时，ＴＣ４钛合金紧固件截面尺寸一般在１９ｍｍ以下。ＴＣ４钛合金紧 固件包括螺栓、高锁螺栓、抽钉、螺钉和环槽铆钉等，其中ＴＣ４大多数螺栓已经在国内飞机、发动机、机载设备、航天飞行器和卫星中获得了大量应用。

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　　有研究表明，在纯钛表面，由于缺少的修饰，巨噬细胞释放出促炎信号，容易引发炎症反应，不利于种植体的长期稳定。但是当钛合金表面涂上涂层（比如NT-ICA-ASP/PLGA）时，情况就大不相同了。巨噬细胞接触到这层“友好外衣”后，能够减少促炎信号的释放，转而增加促再生信号，使成骨细胞更快地增殖、粘附，并积合成和分泌骨基质成分，直到在植入物周围建造出一层厚实的新骨。于是，经过这一系列持续动态的生物反应，实现了身体与异物的平衡共存。如今，骨整合现象也已被理解为一种。