當(dāng)今，飛機性能的提高越來越依賴于先進材料和先進工藝技術(shù)?？梢哉f，鈦合金、先進復(fù)合材料的使用 量，代表了飛機的先進程度。在第3代的蘇-27飛機上已大量采用了鈦合金材料和鋁鋰合金材料；在第4代以 Ｆ-22為代表的飛機上，復(fù)合材料的使用超過了30％，鈦合金的用量也比較多；民機上復(fù)合材料的使用也日 益擴大。飛機制造主要考慮以下幾個方面：減輕結(jié)構(gòu)重量，防止電化學(xué)腐蝕，提高機體的壽命和可靠性以及 耐溫等綜合性能。在現(xiàn)代飛機加工中雖然大量采用整體成形技術(shù)（如金屬結(jié)構(gòu)的數(shù)控加工技術(shù)、化銑技術(shù)， 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的共固化技術(shù)、ＲＴＭ 技術(shù)等），減少了飛機裝配的工作量，焊接及膠接技術(shù)的發(fā)展也取代 了部分機械連接，但飛機裝配工作量仍占機體制造總工作量的30％。飛機的連接仍以機械連接為主，且對機 械連接提出了更高的要求，在飛機連接裝配中大量采用自動鉆鉚、新型緊固件、干涉配合等技術(shù)。新型緊固 件主要采用鈦合金，國外多年的應(yīng)用實踐證明，在飛機上采用鈦合金緊固件加干涉配合，能提高接頭強度， 大大提高結(jié)構(gòu)的疲勞壽命（提高2～5倍）和簡化結(jié)構(gòu)密封，在民機上使用可使結(jié)構(gòu)重量減輕4％。國外，如 美國、法國等航空發(fā)達(dá)國家，從50年代便開始研制、生產(chǎn)鈦合金緊固件，經(jīng)過40多年的歷程，已經(jīng)發(fā)展了多 種滿足各種使用要求的鈦合金緊固件，供應(yīng)了世界上多種型號飛機的裝配。

1、航空鈦合金緊固件

鈦合金緊固件拉伸強度一般為 1000～1500MPa，相當(dāng)于30CrMnSiＡ鋼調(diào)整質(zhì)后的強度，鈦緊固件的抗剪 強度與合金鋼也屬同一量級，但密度僅為鋼的5８％，因此，在國外先進飛機上，30CrMnSiＡ鋼緊固件已基 本上由鈦緊固件代替。由于比強度較高（可達(dá)到高強鋁合金的比強度），耐溫達(dá)350℃，電位較低，抗疲勞 、抗切口敏感性好，熱膨脹系數(shù)小，無磁性，鈦緊固件在飛機的鋁合金結(jié)構(gòu)、鈦合金結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上 都可以大量采用。

現(xiàn)代飛機采用多種鈦合金緊固件，主要有普通鈦螺栓、干涉螺栓、特種緊固件等。

（1）螺紋鈦緊固件主要有：普通鈦螺栓、高鎖螺栓、艾迪螺栓系統(tǒng)等。

·普通鈦螺栓：按頭型分為沉頭（100°，130°）螺栓、六角螺栓、十二角螺栓、十二角法蘭螺栓等。 100°沉頭螺栓有多種槽形，如菲利普十字槽、高扭矩十字槽、三翼槽、高扭一字槽、康尼高扭一字槽等形 式。桿徑有間隙型的、干涉型的。

·高鎖螺栓：它是一種可單面安裝的螺紋緊固件，是飛機上大量使用的緊固件之一，按受力可分為抗拉 型、抗剪型。螺栓有100°沉頭和平凸頭，抗剪型用鋁高鎖螺母，抗拉型螺栓采用不銹鋼螺母。桿徑分為間 隙型、干涉型、短螺紋干涉型。螺母按用途分為普通高鎖螺母、密封高鎖螺母（內(nèi)有特氟龍墊圈），自對中 高鎖螺母（用于0．5°～7°斜面安裝）。

·艾迪螺栓緊固系統(tǒng)：是第4代螺母系統(tǒng)，其螺栓的螺紋上帶有5個槽，螺母上帶有3個凸起，凸起在套 筒作用下起驅(qū)動螺母的作用，還起到安裝完畢時夾層達(dá)到一定的預(yù)載荷后填充到螺栓的螺紋凹槽中的作用。 該系統(tǒng)的載荷可控制，不易損傷零件，適宜于復(fù)合材料的連接。

（2）干涉緊固件：現(xiàn)代飛機疲勞壽命要求越來越高，軍機壽命5000～8000飛行小時，民機50000飛行 小時，因此，需使用除孔壁強化外的干涉配合連接來提高結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。在民機上，幾乎100％的不可拆 卸的傳剪緊固件都采用了干涉配合技術(shù)。金屬結(jié)構(gòu)使用的干涉緊固件，如 ＭＤ銷釘，干涉高鎖螺栓、70° 干涉螺栓、干涉環(huán)槽釘?shù)龋刹捎勉T槍或拉槍兩種方式安裝。在復(fù)合材料上采用帶襯套的干涉環(huán)槽釘及近年 來發(fā)展的ＨＩ-ＬＥＸ緊固件系統(tǒng)。

（3）特種緊固件包括鈦環(huán)槽釘、單面螺紋抽釘?shù)取?/p>

·鈦環(huán)槽釘：主要用于高傳載接頭。用于金屬結(jié)構(gòu)的有100°沉頭、凸頭兩種，桿徑有間隙型、干涉型 、加大型。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)用的鈦環(huán)槽釘有100°沉頭、130°沉頭、凸頭3種，其中干涉型是帶襯套的環(huán)槽釘 ，連接時使用拉槍完成，具有可控的預(yù)載荷。

·單面緊固件：是飛機安裝常用的緊固件之一，用于安裝結(jié)構(gòu)不開敞部位。使用的鈦合金大底腳單面緊 固件主要用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，有拉拔型、螺紋型兩種，如TiＭＡTiＣ 單面拉釘、COMPOSi-LOKⅡ螺紋抽釘、COMPOSi-BOLT螺紋抽釘?shù)取＝陙?，美國還發(fā)展了帶襯套的干涉型螺紋抽釘、最 大夾層單面螺紋抽釘。

軟芯結(jié)構(gòu)可使用鋁套鈦環(huán)槽釘及MAF可調(diào)緊固件。

2、國內(nèi)鈦緊固件發(fā)展?fàn)顩r

國內(nèi)近年來，隨著研制各種新型飛機及轉(zhuǎn)包生產(chǎn)的需要，也開始使用一些鈦合金緊固件，但由于鈦緊固 件技術(shù)發(fā)展較晚，大部分鈦緊固件基本上依賴進口，進口存在以下問題：一是價格較昂貴；二是由于采購品 種較多，造成漏項，或由于夾層的經(jīng)常變化，使采購供應(yīng)不上，使研制或生產(chǎn)處在“停工待釘”的狀態(tài)?！? 八五”期間國內(nèi)組織了有關(guān)單位對鈦合金緊固件制造的關(guān)鍵技術(shù)進行了攻關(guān)，解決了相關(guān)制造技術(shù)，目前已 研制、開發(fā)了多種材料的鈦合金緊固件，并得以應(yīng)用。國內(nèi)鈦合金緊固件的研制主要是由復(fù)合材料的發(fā)展需 要而發(fā)展起來的，隨著國內(nèi)飛機性能的提高及新型號的需要，在金屬結(jié)構(gòu)中也開始大量使用鈦緊固件，新近 研制的飛機每架使用鈦緊固件都達(dá)到數(shù)萬件，取得了明顯的減重效果。

在西方，如美國、法國等航空發(fā)達(dá)國家，95％以上的鈦合金緊固件都采用國際上公認(rèn)的Ti-6AL-4V（國內(nèi)材料牌號 TC4）材料制造。國內(nèi)由于 TC4制造的關(guān)鍵技術(shù)解決得較晚，先后發(fā)展了數(shù)種鈦 緊固件材料，如47121，TB2，Ti-22，Ti-15-3，βⅢ 還有β21ｓ鈦合金。目前，國內(nèi)制造鈦緊固 件采用最多的材料是

TC4和Ti-22，上面提到的后幾種材料由于各有其特點，如高的抗氧化能力、高的抗疲勞能力等， 它們的使用正在進一步驗證。

目前國內(nèi)可提供的Ti-22螺栓有100°高鎖螺栓、平頭高鎖螺栓、100°沉頭螺栓、120°半圓頭螺栓 、扁圓頭螺栓等。Ti-6AL-4V緊固件產(chǎn)品見表1。

目前，鈦合金緊固件可選用的材料主要有國產(chǎn)材料Ti-22、西方與中國的Ti-6AL-4V，還有 俄羅斯的BT16，至于選哪種材料作為國產(chǎn)鈦緊固件的主要材料體系，要看這種材料能否有穩(wěn)定的供應(yīng)渠 道、價格及緊固件的性能要求。Ti-22材料只能用于低溫場所，如用于樹脂基復(fù)合材料上；需要耐溫達(dá) 300℃場合只能用Ti-6AL-4V和BT16，BT16的性能比 Ti-6AL-4V稍低，性能要求高的 緊固件則選用Ti-6AL-4V材料。

近年來，為滿足航空發(fā)動機高溫使用要求，中國航空制造工程研究所研制出了可耐500℃以下高溫的Ｔ Ｃ6（俄羅斯材料BT3-1）鈦緊固件，與TC4鈦緊固件比，這種材料對溫度具有較高的敏感性，其制造 更具有挑戰(zhàn)性。

3、結(jié)束語

在航空領(lǐng)域大量使用鈦合金緊固件，可取得明顯的減重效果，在復(fù)合材料上使用可防止電化腐蝕。經(jīng)過 幾年的努力，我國已能生產(chǎn)多種鈦合金緊固件。但由于規(guī)格范圍有限，種類也不很多，在國外即使是相同用 途的緊固件也有多個品種供選擇，因此，需要做以下幾個方面的工作：

（1）擴大現(xiàn)有緊固件的品種規(guī)格范圍及生產(chǎn)規(guī)模。目前的品種主要是4，5，6ｍｍ，必須形成系列標(biāo) 準(zhǔn)化才能滿足設(shè)計要求。另外，生產(chǎn)能力也僅限于研制及小批量生產(chǎn)，滿足不了飛機裝配的大批量需求，需 通過改造設(shè)備及工藝技術(shù)能力來提高。

（2）鈦緊固件的大批使用必須通過設(shè)計的需求牽引、研制的技術(shù)推動相互統(tǒng)一來實現(xiàn)。不但在復(fù)合材 料結(jié)構(gòu)上使用鈦緊固件，在金屬結(jié)構(gòu)上也要大量選用鈦緊固件，才能達(dá)到使飛機大幅度減重的效果。為此， 設(shè)計部門應(yīng)在可能的部位大膽選用鈦緊固件。

（3）研制、開發(fā)新材料、新結(jié)構(gòu)的鈦合金緊固件，以滿足新材料、特殊結(jié)構(gòu)、高壽命、高可靠性的飛 機裝配需要。有組織有目的地研制，并逐步在飛機上使用。

（4）轉(zhuǎn)包生產(chǎn)需要的鈦緊固件量亦很大。目前，國產(chǎn)鈦緊固件性能已達(dá)到甚至超過國外，為了早日將 國產(chǎn)緊固件用到轉(zhuǎn)包生產(chǎn)上，必須盡早通過適航才能替代進口。

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