當今，飛機性能的提高越來越依賴于先進材料和先進工藝技術?？梢哉f，鈦合金、先進復合材料的使用量，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，復合材料的使用超過了30％，鈦合金的用量也比較多；民機上復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：減輕結構重量，防止電化學腐蝕，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（如金屬結構的數(shù)控加工技術、化銑技術，復合材料結構的共固化技術、ＲＴＭ 技術等），減少了飛機裝配的工作量，焊接及膠接技術的發(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。新型緊固件主要采用鈦合金，國外多年的應用實踐證明，在飛機上采用鈦合金緊固件加干涉配合，能提高接頭強度，大大提高結構的疲勞壽命（提高２～５倍）和簡化結構密封，在民機上使用可使結構重量減輕4％。國外，如美國、法國等航空發(fā)達國家，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（可達到高強鋁合金的比強度），耐溫達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構、鈦合金結構、復合材料結構上都可以大量采用。

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到一定的預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構的疲勞壽命。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。金屬結構使用的干涉緊固件，如 ＭＤ銷釘，干涉高鎖螺栓、７0°干涉螺栓、干涉環(huán)槽釘?shù)?，可采用鉚槍或拉槍兩種方式安裝。在復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。用于金屬結構的有100°沉頭、凸頭兩種，桿徑有間隙型、干涉型、加大型。復合材料結構用的鈦環(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，用于安裝結構不開敞部位。使用的鈦合金大底腳單面緊固件主要用于復合材料結構，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)?。近年來，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。

軟芯結構可使用鋁套鈦環(huán)槽釘及 ＭＡＦ可調(diào)緊固件。

2、國內(nèi)鈦緊固件發(fā)展狀況

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，使采購供應不上，使研制或生產(chǎn)處在“停工待釘”的狀態(tài)?！鞍宋濉逼陂g國內(nèi)組織了有關單位對鈦合金緊固件制造的關鍵技術進行了攻關，解決了相關制造技術，目前已研制、開發(fā)了多種材料的鈦合金緊固件，并得以應用。

國內(nèi)鈦合金緊固件的研制主要是由復合材料的發(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，在金屬結構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)達國家，95％以上的鈦合金緊固件都采用國際上公認的Ti-6Al-4V（國內(nèi)材料牌號TC4）材料制造。國內(nèi)由于TC4制造的關鍵技術解決得較晚，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，如用于樹脂基復合材料上；需要耐溫達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TC6（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、結束語

在航空領域大量使用鈦合金緊固件，可取得明顯的減重效果，在復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，必須形成系列標準化才能滿足設計要求。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，需通過改造設備及工藝技術能力來提高。

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

（３）研制、開發(fā)新材料、新結構的鈦合金緊固件，以滿足新材料、特殊結構、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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