緊固件是將兩個或者兩個以上的構(gòu)件緊密連接的機械零件的總稱。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著應用場景的不同而產(chǎn)生很大的差異。在飛機上使用的緊固件必須具有高減重、耐腐蝕、無磁性與復合材料相容性好的特質(zhì)。因此，鈦合金成為符合各項指標的首選材料。我國鈦合金緊固件的研制起步較晚，開始于20世紀60年代中期的成都飛機設計研究所，近些年，高端產(chǎn)品仍然依賴進口。隨著鈦合金緊固件國產(chǎn)化進程的加快，進一步梳理鈦合金緊固件加工工藝進展就顯得很有意義。

合適的固溶時效+熱機械處理工藝使鈦合金強韌化

在提高鈦合金材料強度的研究過程中，國內(nèi)外也非常重視熱機械處理工藝和組織性能穩(wěn)定性控制等技術，如在對TIMETAL-LCB、Ti-153、β-215和BT22等高強度鈦合金的強韌化機理研究中發(fā)現(xiàn)，合適的固溶時效+熱機械處理工藝可以得到細小(尺寸約為10μm)而均勻分布的α+β細晶組織，獲得超高強度(抗拉強度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，即加熱溫度應在T_β以上，但不宜過高，溫度過高導致變形在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，墩鍛設備已向數(shù)控化發(fā)展。如各國相關廠家開發(fā)的多模成形用墩機，從送料及切料長度、加熱溫度及調(diào)整、加工效率、模具及推桿位置設定等均可實現(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。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)控溫搓絲機來實現(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)控溫滾絲機來實現(xiàn)，除上述優(yōu)點外，數(shù)控溫滾絲機與傳統(tǒng)機械滾絲機比，還具有設定速度快、質(zhì)量易控制等優(yōu)點。外螺紋的成形大多采用數(shù)控滾絲機，實現(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，在緊固件頭桿連接部位存在較大的應力集中，影響緊固件性能。因此，需將螺栓頭部下的圓角進行強化。目前，大多采用高效圓角強化機作用在頭桿過渡處形成一條塑性變形帶，通過產(chǎn)生殘余壓應力、提高硬度、減小表面粗糙度來提高連接處的機械強度與疲勞強度。

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行改進。

中南大學邱敬文團隊采用粉末冶金方法制備鈦合金零部件，可以實現(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)鈦合金力學性能為σ_b=1013.28MPa，σs= 899MPa，δ=5.02%。通過熱變形后的室溫力學性能為：σ_b=1200.59MPa，σ_s= 1111.57MPa，δ=11.13%，ψ=25.4%。相關性能已經(jīng)超過GJB 2219-94和GB-T2965-2007的標準要求。

結(jié)語

    目前，高強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度鈦合金緊固件的需求將會持續(xù)增長，因此加快高強緊固件用鈦合金材料及應用技術研究，盡快形成我國鈦合金緊固件材料體系已迫在眉睫。