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[5]。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[6-7]。
1、铆钉类紧固件用钛合金材料
1.1TB2钛合金
1986年，我国颁布了第一部钛合金紧固件专用标准GJB120-1986《钛合金铆钉》，1990年我国颁布了第2部及第3部钛合金紧固件专用技术标准GJB856-90《抗拉型钛合金环槽铆钉规范》与GJB857.1-90《100°沉头抗拉型钛合金进环槽铆钉》，这3部标准都是TB2钛合金铆钉的专用技术标准，就各类规格的TB2铆钉进行了明确规范，为其工程化批产及应用奠定了标准基础。目前TB2制造的钛合金铆钉已经在我国航天工业中的多个型号获得了大量应用，同时在航空型号产品中也获得了一定数量的应用，均取得了良好的效果[13-15]。
1.2TB5钛合金
TB5钛合金是一种亚稳定β型钛合金，其名义成分为Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al。该合金最初是在美国空军的资助下开发的，由洛克希德·马丁公司确定成分、TIMET公司进行规模化生产。该合金具有优异的冷成形性能，其冷成形能力与纯钛相当，可在固溶状态下进行各种复杂零件的冷成形（如铆钉铆接），时效后室温拉伸强度可达1000MPa以上，该合金由于其V元素含量高，抗氧化性能较差，一般在200℃以下的工作环境中使用，但是该合金具有优异的抗腐蚀性能[16]。
美国普惠公司在其生产的航空发动机上大量使用Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al钛合金作为托架，美国B-1B轰炸机上Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al钛合金零件的用量达到1000多个，Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al钛合金紧固件在波音飞机上也应用了很多年[6]。我国使用TB5钛合金替代30CrMnSiA制造某歼击机伞梁以及制造卫星发动机波纹板等部件，同时采用TB5钛合金制造与歼击机伞梁和卫星波纹板配套使用的冷镦铆钉[2]。
1.3Ti-45Nb合金
Ti-45Nb合金作为一种铆钉专用材料，其突出的优点是塑性高（伸长率可达20%以上，断面收缩率高达60%~80%），冷加工性能优异，其剪切强度（τ≥350MPa）和抗拉强度（σb≥450MPa）均高于纯钛，并且冷变形抗力低于纯钛，非常适合做复合材料连接用铆钉材料。美国针对Ti-45Nb合金进行了大量的基础研究工作，研制技术较为成熟，并于1974年列入AMS4982规范，2002年修订为AMS4982C，至今获得广泛使用。美国在航空航天铆钉产品中，Ti-45Nb合金已经全面取代纯钛。该合金与Ti-6Al-4V合金搭配，制成的双金属铆钉，已经在空客和波音飞机上获得大量应用[17-19]。
对于要求剪切强度高，在安装过程中不允许铆钉杆变形的铆钉，一般采用双金属钛合金铆钉，双金属钛合金铆钉是由Ti-6Al-4V钉杆和Ti-45Nb头部组成，经过惯性摩擦焊接，紧密融合在一起而形成了一个整体实心铆钉。这种双金属铆钉在铆接时，只需用较小的冲击力就可以使Ti-45Nb铆钉头产生塑性变形，而Ti-6Al-4V铆钉杆却不变形。双金属钛合金铆钉在B-1轰炸机、波音等飞机上广泛用于钛合金构件及复合材料构件的铆接。如美国F-14战斗机机翼前缘使用4000只该双金属铆钉，其疲劳性能与高锁螺栓相当，而成本可降低50%，重量轻30%~40%，这种双金属铆钉的成本要低于其他β型钛合金铆钉。近年来我国也相继研制开发了该型双金属铆钉和Ti-45Nb铆钉，已经在新一代飞机的复合材料蒙皮铆接中获得了工程应用[5，20]。
2、螺栓类紧固件用钛合金材料
航空航天紧固件中使用量最大的是钛合金螺栓，钛合金螺栓按其用途可分为普通螺栓、高锁螺栓及干涉型螺栓等。以来制造螺栓的钛合金材料，一般要求其热处理后获得高的抗拉强度和剪切强度，通常要求其强度水平与30CrMnSiA高强度合金钢相当[21-22]。
2.1TC4钛合金（σb≥1100MPa级）
TC4（美国牌号Ti-6Al-4V）钛合金最初由美国在1954年首先研制成功，目前已经发展成为一种国际性的钛合金，是目前人们对其研究最为全面、最为深入的钛合金。在航空、航天、民用等工业中得到了广泛应用。已经广泛用于制造飞机结构中的梁、框、起落架、紧固件，航空发动机风扇、压气机盘、机匣、叶片等，同时也大量用于其他行业中，目前占钛合金产量的一半以上。该合金具有良好的工艺塑性和超塑性，合金α+β/β转变温度980~1010℃，长期工作温度可达400℃。1973年开始，为配合涡扇-8航空发动机TC4钛合金叶片的研制工作，我国开始了该合金的研究与工程应用[2，23-24]。
2.2TC6钛合金（σb≥980MPa级）
为满足航空发动机高温使用要求，北京航空制造工程研究所研制出了可耐500℃以下高温的TC6（俄罗斯材料BT3-1）钛合金紧固件，与TC4钛合金相比，该材料对温度具有较高的敏感性，其紧固件制造更困难。该合金是前苏联研制的BT3-1钛合金，名义成分为Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si，目前在俄罗斯得到广泛应用[5，24]。我国在1979年为配合WP13航空发动机TC6钛合金尾杆等部件及配套紧固件的研制工作，进行了该合金的仿制工作及应用研究工作。
等温退火处理后室温抗拉强度大于980MPa，屈服强度大于840MPa、延伸率大于10%、断面收缩率大于25%。400℃高温拉伸强度大于720MPa、延伸率大于14%、断面收缩率大于40%。为了进一步提高其使用强度，也可进行“固溶+时效”处理[2]。
2.3TC16（σb≥1030MPa级）
目前对于钢制紧固件，大部分都采用冷镦成形加工，只有少数尺寸较大的采用热镦成形加工，冷镦工艺使紧固件实现了大批量连续生产。但是大部分工业钛合金由于冷成形性能差，无法进行冷镦成形加工。因此，在西方国家，TC4钛合金紧固件主要采用热镦成形工艺方法生产，热镦工艺的缺点在于：坯料加热时易出现局部烧伤和过热以及表面氧化，同时不易实现自动化连续镦制、生产效率低。为了提高钛合金紧固件生产效率及其质量的稳定性，前苏联研制开发了紧固件专用冷镦用BT16钛合金，实现了钛合金紧固件冷镦技术的发展和跨越，并在伊尔76、伊尔86、伊尔96、安124、Su27系列等苏制（俄制）飞机上获得了大量工程应用[21，26-27]。
目前，我国自主研制生产的TC16钛合金螺栓已经在国产的第三代战斗机上获得了大量工程应用[2-12，22]。
2.4TB3（σb≥1100MPa级）
20世纪七八十年代，美国等西方工业发达国家的航空航天用1100MPa级钛合金螺栓主要采用TC4（Ti-6Al-4V）钛合金材料制造，都是采用热镦成形工艺生产。
我国20世纪70年代末80年代初应复合材料结构连接需求，急需1100MPa的钛合金螺栓类紧固件，由于受到热镦设备的限制（当时国内没有热镦成形设备），无法研制生产1100MPa级的TC4（Ti-6Al-4V）螺栓，为此主要集中精力研制可以直接冷镦的β型钛合金，TB3钛合金就是在这种背景条件下研制开发出来的。TB3合金的成分设计参照了美国钛金属公司20世纪研制开发的Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al钛合金[3，7，24]。
目前，TB3钛合金已成为我国能够工业化生产的宇航飞行器用钛合金螺栓类紧固件的主要材料。同时，该钛合金也用于铆钉的制造，我国在2006年颁布的GJB120-2006《钛及钛合金铆钉》中也将TB3钛材作为铆钉用料正式列入标准[2，6，28-31]。
2.5TB8钛合金（σb≥1280MPa级）
随着航空航天技术的飞速发展，在军民用飞机上所采用的机械连接技术要求越来越高，其所采用的标准件技术含量也越来越高，其在整机上所起的作用已不仅是“紧固”、“连接”作用，而是成为实现整机性能的重要结构件。未来航空航天技术的发展趋势要求新型紧固件的比强度高，即要求重量轻、强度高。所以美国、俄罗斯、法国等世界航空强国都在积极开发抗拉强度1200MPa以上的高强度钛合金材料及其紧固件。近年来，美铝公司开发出了Timetal555钛合金高强螺栓，其固溶时效后抗拉强度达1300MPa以上、双剪强度大于745MPa、延伸率大于10%，各项性能指标完全达到了典型的1250MPa镀镉合金钢紧固件规范的要求。SPS航空紧固件集团采用SPSTITANTM761钛合金加工制造
的螺栓产品Aerlite180，其抗拉强度可达1240MPa、剪切强度可达745MPa，达到了许多合金钢和耐蚀合金紧固件的强度水平，同时减重40%[5-6]。
为了紧跟国际先进航空航天钛合金紧固件发展趋势，近年来西工大超晶公司与信阳航天标准件厂联合研制开发了紧固件专用TB8钛合金棒丝材及其1280MPa高强螺栓类紧固件，其规格从φ4~φ25。TB8钛合金是我国仿制美国的β21S钛合金，其名义成分为Ti-3Al-2.7Nb-15Mo，β21S合金是美国钛金属公司（Timent）1989年为NASP计划研制开发的亚稳定β型钛合金，β21S钛合金具有优异的冷热加工性能、深的淬透性、高的抗蠕变性能、高的抗氧化性能和良好的抗腐蚀性能，所以该合金得到了飞机设计者和制
造者的认可，作为优良的宇航结构材料于1994年首先被列入美国的ASTM标准中，美国主要使用该合金制造航天飞机用钛基复合材料及波音777等飞机发动机吊舱部件。我国从20世纪90年代开始进行了该合金的仿制工作，完成了某型飞机结构件用TB8钛合金锻件及钣金件的研制及应用研究工作，由于最终没有获得工程化应用，仅在GB/T3620.1-2007《钛及钛合金牌号和化学成分》中对其牌号及成分进行规范，其材料及产品没有形成国标、国军标以及航标规范[32-36]。
3、总结
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