钛及钛合金由于具有比强度高、抗腐蚀性好、耐高温等一系列突出优点,使其发展成为现代航空航天工业中广有前途的金属结构材料。自从20世纪50年代美国首次将Ti-6Al-4V钛合金螺栓应用于B-52型轰炸机上,并取得了非常好的减重效果后,各航空工业发达国家都纷纷展开了钛合金紧固件的研究及工程应用。

钛合金紧固件代替大部分比强度较低的钢制紧固件后,对飞行器减重取得非常显著的效果。如波音747飞机紧固件以钛代钢后,其结构质量减轻了1814kg;俄罗斯的伊尔-96飞机,一架用14.2万件钛合金紧固件,较钢件重量减轻达600kg;一架图204飞机上采用940kg的BT16钛合金紧固件,较钢件减轻688kg[4]。钛合金的正电位性能恰好与碳纤维复合材料相匹配,有效地防止了紧固件的电偶腐蚀,使钛合金成为复合材料的最佳连接材料。

因此,随着先进军民用飞机钛合金和复合材料用量的不断增加,对钛合金紧固件的需求日益增加。钛合金比铝合金的使用温度高出150~200℃,对于在飞行器结构中因工作温度过高而不能采用铝合金紧固件的部位,钛合金将是一种更好的选择。此外,钛合金所固有的良好弹性和无磁性,对防止紧固螺栓的松动和防磁场干扰也具有非常重要的作用。

在美国军民用飞机上,钛合金紧固件已基本取代了合金钢紧固件。国外钛合金紧固件的应用已经非常普遍,大型民用飞机单机钛合金紧固件的用量达到数十万件,同时各类新型的钛合金紧固件也被不断地研制开发出来。我国钛合金紧固件的研制历史可追溯到1965年,成都飞机设计研究所根据新机需要提出研制钛合金铆钉,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年代在我国部分第二代军用飞机上开始少量使用钛合金铆钉、螺栓等紧固件。

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,以及大量航空转包生产业务的开展,我国航空工业中开始使用一些钛合金紧固件。近年来随着我国航空航天工业的发展,国内相关单位有针对性地开展了大量基础材料与紧固件制造技术方面的研究开发工作,目前我国自主研制生产的钛合金紧固件已经在我国的改型飞机和新设计的飞机中获得了大量工程应用。

虽说我国航空用钛合金紧固件的研究及应用起步较晚,都是在航空发动机或飞机的仿制、技术借鉴或引进改进过程中被动进行的,制造紧固件的钛合金材料基本都是借鉴或仿制俄罗斯(前苏联)、美国的,同时我们国家航空紧固件中钛合金紧固件的占有量相对较低。随着我国航空工业的迅速发展及对飞行器性能要求的不断提高,未来高性能航空紧固件对其制造钛合金材料提出了更高强度、更高断裂韧性、更高疲劳性能要求。

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