緊固件作為一種重要的通用基礎(chǔ)件，在工業(yè)中具有舉足輕重的作用，被稱為“工業(yè)之米”。我國著名的ARJ21-700飛機總設(shè)計師吳光輝先生也盛贊緊固件“數(shù)以萬計，類以群分，連結(jié)構(gòu)，接系統(tǒng)，小物大為”。隨著我國航空航天事業(yè)的發(fā)展，具有密度低、比強度高、耐腐蝕、耐高溫、無磁等優(yōu)良性能的鈦合金緊固件得到了廣泛應(yīng)用。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，決定鈦合金緊固件性能的材料成型與加工技術(shù)累積到了一定的程度，航空航天市場也發(fā)展得相對成熟。本文將對未來鈦合金緊固件性能與市場的發(fā)展趨勢做進一步探討。

　　鈦合金緊固件性能趨勢之一：超高強度

　　隨著我國航空航天事業(yè)的發(fā)展，新型飛機以及航天飛行器采用的連接技術(shù)水平不斷提高，對新型緊固件也提出了新要求，它必須具有承受巨大外力而不發(fā)生形變斷裂的能力。未來研制的抗拉級別在1200~1500 MPa、剪切強度≥750 MPa的超高強鈦合金緊固件是發(fā)展的趨勢之一。

　　鈦合金緊固件性能趨勢之二：耐高溫

　　目前，緊固件用鈦合金材料服役溫度不高，在航空航天領(lǐng)域，由于新型號飛機以及飛行器的飛行速度不斷提高，要求材料的服役溫度也隨之提高。因此，耐高溫鈦合金緊固件也是未來的發(fā)展趨勢，尤其是在航天領(lǐng)域，要求新型高溫鈦合金材料能夠在600~800℃短時服役。通常采用Ti₂AlNb合金替代較重的高溫合金，其變形比較嚴重，而采用Ti₂AlNb合金替代其他鈦合金材料還是質(zhì)量較大，無法滿足減重要求。Ti-Al基金屬間化合物工藝塑性較差，成熟度較差。所以未來緊固件用高溫鈦合金材料仍然以近α型和高鋁當量的兩相鈦合金為主。

　　在高溫下，鈦合金的強度和抗蠕變性能的提高主要依賴于AI、Sn、Zr的固溶強化作用，然而，受到鋁當量限制的影響，這些元素的含量不能無限地提高，所以在適當控制Al、Sn、Zr含量的情況下，通過多元素復(fù)合合金化進行補充強化來設(shè)計鈦合金。β穩(wěn)定化元素Mo對鈦合金的高溫強度和蠕變強度有固溶強化作用，Nb、Cr和V也有類似的效果。少量β穩(wěn)定化元素的加入還可以防止合金脆化。此外，鈦合金中Si的含量對性能至關(guān)重要，加入質(zhì)量分數(shù)0.2%左右的Si后，橢球形硅化物將非均勻、不連續(xù)地沉淀于α片邊界上，能夠有效地阻礙位錯的運動，產(chǎn)生彌散強化作用，使合金的抗蠕變性能大大提高。但同時硅化物的出現(xiàn)對合金組織的熱穩(wěn)定性也產(chǎn)生了不利影響，不僅降低合金的塑性，而且會增強合金的有序化程度，促進Ti₃Al相的生成。因此，Si含量應(yīng)控制在較低水平，一般質(zhì)量分數(shù)不大于0.5%。因此，多元素復(fù)合強化仍然是新型高溫鈦合金材料設(shè)計的發(fā)展方向。

　　市場發(fā)展趨勢：航空航天領(lǐng)域需求巨大，汽車市場仍然聚焦高強鋼

　　根據(jù)波音、空客、商飛和中航工業(yè)的預(yù)測，在2012~2031年的20年內(nèi)，中國航空市場飛機需要新增4480架飛機(如表1)，平均每年240架，需求旺盛。

表1 2012~2031年中國民用飛機市場新增需求預(yù)測

　　如果按照大型客機C919的標準，每架飛機的鈦合金緊固件需求量為20萬件，每件80元。這樣平均每年我國航空飛機領(lǐng)域的新增市場規(guī)模為38.4億元。因為軍用飛機和航天飛機涉及國家機密，這個市場規(guī)模暫不做分析。

　　2013 年度中國汽車總銷量已經(jīng)超越2000萬輛，良好的汽車銷售前景極大地促進了汽車緊固件企業(yè)的發(fā)展，汽車企業(yè)數(shù)量較上年增長20%。汽車輕量化、環(huán)保、長壽命等方面的要求呼之欲出，但目前汽車緊固件市場仍然聚焦高強鋼。原因在于：一是汽車緊固件相對于車身骨架重量占比太小，全鋁化的車身骨架減重效果比鈦合金化的汽車緊固件減重效果更好；二是同樣的高強鋼緊固件的市場價格大約僅有鈦合金緊固件的六分之一；三是，高強鋼的性能目前已經(jīng)可以滿足汽車的使用需求，性能提升往往基于高強鋼的技術(shù)改進，對鈦合金的訴求不是特別大。

　　結(jié)語

　　隨著我國航空航天事業(yè)的發(fā)展，新型飛機以及航天飛行器采用的連接技術(shù)水平不斷提高，飛行器的飛行速度不斷提高，要求材料的服役溫度也隨之提高。超高強度和耐高溫是未來鈦合金緊固件的發(fā)展趨勢，而且航空航天的市場規(guī)模還會不斷加大。汽車緊固件市場仍然會使用高強鋼，并在此基礎(chǔ)上進行技術(shù)改進和提升，未來對鈦合金緊固件的需求增長幅度不大。