緊固件是將兩個或者兩個以上的構(gòu)件緊密連接的機(jī)械零件的總稱。為人們所熟知的緊固件包括：螺栓、螺柱、螺釘、螺母、墊圈、鉚釘?shù)取λ鼈兊男阅芤髸S著應(yīng)用場景的不同而產(chǎn)生很大的差異。在飛機(jī)上使用的緊固件必須具有高減重、耐腐蝕、無磁性與復(fù)合材料相容性好的特質(zhì)。因此，鈦合金成為符合各項指標(biāo)的首選材料。我國鈦合金緊固件的研制起步較晚，開始于20世紀(jì)60年代中期的成都飛機(jī)設(shè)計研究所，近些年，高端產(chǎn)品仍然依賴進(jìn)口。隨著鈦合金緊固件國產(chǎn)化進(jìn)程的加快，進(jìn)一步梳理鈦合金緊固件加工工藝進(jìn)展就顯得很有意義。

合適的固溶時效+熱機(jī)械處理工藝使鈦合金強(qiáng)韌化

在提高鈦合金材料強(qiáng)度的研究過程中，國內(nèi)外也非常重視熱機(jī)械處理工藝和組織性能穩(wěn)定性控制等技術(shù)，如在對TIMETAL-LCB、Ti-153、β-215和BT22等高強(qiáng)度鈦合金的強(qiáng)韌化機(jī)理研究中發(fā)現(xiàn)，合適的固溶時效+熱機(jī)械處理工藝可以得到細(xì)小(尺寸約為10μm)而均勻分布的α+β細(xì)晶組織，獲得超高強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度1500~1600MPa )和塑性(延伸率8%)的最佳匹配。

熱變形工藝：溫度、變形量、軋制速度不宜過高或者過低

      合理的熱變形工藝對獲得具有良好組織和綜合力學(xué)性能的棒絲材具有重要影響。棒絲材生產(chǎn)過程中的熱變形工藝包括了加熱溫度、變形量和軋制速度等。

      例如，為了使得BT16合金晶界α相充分破碎為片狀組織，變形前加熱溫度的選擇應(yīng)能夠保證熱變形在β相區(qū)開始并在兩相區(qū)結(jié)束，即加熱溫度應(yīng)在T_β以上，但不宜過高，溫度過高導(dǎo)致變形在β相區(qū)結(jié)束，晶界α相無法充分破碎。變形量對組織的影響也很重要，若變形量過大(≥70%)，片狀組織容易發(fā)生球化且導(dǎo)致變形不均勻。若變形量過小(≤30% )，則變形難以保證組織充分細(xì)化。軋制速度對組織影響與變形量類似，速度過快，容易出現(xiàn)過熱組織，過慢則不利于組織細(xì)化。

       螺旋軋制比縱向軋制工藝處理棒絲材更具優(yōu)勢

目前，棒絲材的軋制方法主要包括了縱向軋制法和螺旋軋制法。采用縱向軋制法時易使得棒材產(chǎn)生強(qiáng)烈變形中心區(qū)。而螺旋軋制不僅使棒材在縱向而且在徑向均能產(chǎn)生流動的剪切變形，有助于獲得均勻的組織。因此，目前大多采用螺旋軋制工藝來獲得組織和綜合性能優(yōu)異的棒絲材。

鈦合金緊固件制造流程主要包括：緊固件頭部成形、螺紋成形及頭下圓角擠壓，其次還包括：熱處理、無心磨削、表面處理等。首先，緊固件頭部成形需采用墩鍛成形設(shè)備完成，成形方式主要包括冷墩和熱墩。隨著墩鍛工藝的不斷發(fā)展，墩鍛設(shè)備已向數(shù)控化發(fā)展。如各國相關(guān)廠家開發(fā)的多模成形用墩機(jī)，從送料及切料長度、加熱溫度及調(diào)整、加工效率、模具及推桿位置設(shè)定等均可實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)整，優(yōu)化加工質(zhì)量，并可根據(jù)不同品種采用不同加工工藝，提高加工效率。

螺紋加工工藝隨尺寸大小而變

航空緊固件對螺紋的精度要求高，質(zhì)量要求嚴(yán)。外螺紋的成形方法一般包括搓絲法、滾絲法和車削法等。由于車削法會將金屬流線切斷，降低緊固件的力學(xué)性能。因此，目前主要采用搓絲法和滾絲法制備緊固件外螺紋。對于小規(guī)格緊固件，一般采用數(shù)控溫搓絲機(jī)來實(shí)現(xiàn)。溫搓絲過程涉及緊固件的軟化與硬化，可較好地改善絲板應(yīng)力狀態(tài)，減少崩牙的可能，使工件折迭減小，滿足鈦緊固件的質(zhì)量要求。對大規(guī)格緊固件，一般采用數(shù)控溫滾絲機(jī)來實(shí)現(xiàn)，除上述優(yōu)點(diǎn)外，數(shù)控溫滾絲機(jī)與傳統(tǒng)機(jī)械滾絲機(jī)比，還具有設(shè)定速度快、質(zhì)量易控制等優(yōu)點(diǎn)。外螺紋的成形大多采用數(shù)控滾絲機(jī)，實(shí)現(xiàn)滾絲質(zhì)量的監(jiān)控功能，滿足高效生產(chǎn)需要。另外，鈦合金材料對缺口敏感性強(qiáng)，在緊固件頭桿連接部位存在較大的應(yīng)力集中，影響緊固件性能。因此，需將螺栓頭部下的圓角進(jìn)行強(qiáng)化。目前，大多采用高效圓角強(qiáng)化機(jī)作用在頭桿過渡處形成一條塑性變形帶，通過產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力、提高硬度、減小表面粗糙度來提高連接處的機(jī)械強(qiáng)度與疲勞強(qiáng)度。

除此之外，緊固件的制備流程還包括了車削加工、表面涂覆、自動化缺陷檢測等。且隨著對緊固件性能要求的持續(xù)提高，其加工工藝也需不斷地進(jìn)行改進(jìn)。

中南大學(xué)邱敬文團(tuán)隊采用粉末冶金方法制備鈦合金零部件，可以實(shí)現(xiàn)鈦合金緊固件直接加工成本降低20%-30%，工藝流程縮短60%-70%，間接成本大幅降低。期望價格120元/kg（以鈦合金棒材為例）。

他們已制備出的燒結(jié)態(tài)鈦合金力學(xué)性能為σ_b=1013.28MPa，σs= 899MPa，δ=5.02%。通過熱變形后的室溫力學(xué)性能為：σ_b=1200.59MPa，σ_s= 1111.57MPa，δ=11.13%，ψ=25.4%。相關(guān)性能已經(jīng)超過GJB 2219-94和GB-T2965-2007的標(biāo)準(zhǔn)要求。

結(jié)語

    目前，高強(qiáng)緊固件用鈦合金材料及緊固件制造工藝成熟度偏低。但隨著航空航天產(chǎn)業(yè)和高端汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，我國對鈦合金緊固件特別是超高強(qiáng)度鈦合金緊固件的需求將會持續(xù)增長，因此加快高強(qiáng)緊固件用鈦合金材料及應(yīng)用技術(shù)研究，盡快形成我國鈦合金緊固件材料體系已迫在眉睫。