紧固件作为一种重要的通用基础件, 在工业中具有举足轻重的作用，根据应用领域, 将紧固件分为一般用途紧固件和航空航天紧固件。在航空领域, 飞机的连接方式仍以机械连接为主, 飞机的连接装配依靠大量的各类紧固件; 在航天领域, 飞行器部段之间的连接也要靠紧固件连接。随着装备轻量化发展, 越来越多的航空航天紧固件青睐于钛合金材料。
使用钛材优势
密度小：钛合金的密度显著小于钢铁材料的密度, 所以钛合金紧固件比钢制紧固件材料质量轻。
比强度高：钛合金是常见金属材料中比强度较高的金属材料。利用比强度高的优点, 也可以采用钛合金替代质量较轻的铝合金材料, 当外加载荷相同情况下, 钛合金零部件的几何尺寸更小, 能有效地节省空间, 这种材料利用理念对航空航天领域具有十分重要的意义。
熔点高：钛合金的熔点显著高于钢铁材料, 所以钛合金紧固件的耐热性比钢制紧固件耐热性好。热膨胀系数和弹性模量小。
紧固件常用的钛合金材料
TC4钛合金
TC4钛合金是一种中等强度的两相钛合金, 也是研究和应用最多的钛合金材料, 紧固件用钛合金材料大多数是TC4钛合金。TC4钛合金制造紧固件时, 只能采用热镦, 且必须采用专门的热镦设备和加热设备, 不但影响生产效率, 且材料利用率较低。针对高强紧固件, TC4钛合金紧固件强度不能满足要求, 合金固溶时效后的抗拉强度最高达到1 100 MPa, 剪切强度在650 MPa左右, 由于TC4钛合金淬透性差, 固溶时效时, TC4钛合金紧固件截面尺寸一般在19 mm以下。TC4钛合金紧固件包括螺栓、高锁螺栓、抽钉、螺钉和环槽铆钉等, 其中TC4大多数螺栓已经在国内飞机、发动机、机载设备、航天飞行器和卫星中获得了大量应用。
TC6钛合金
TC6钛合金是一种综合性能优异的马氏体型(α+β)型双相钛合金, 名义成分为Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si, 该合金一般在退火状态下使用, 也能通过热处理进行强化, 还具有良好的抗氧化性能。
TC16钛合金
TC16钛合金是典型的固溶时效强化型两相钛合金, 名义成分为Ti-3Al-5Mo-4.5V。固溶处理后, 该合金具有较高的室温塑性, 所以具有良好的冷镦性能, 镦锻比达到1：4。在紧固件制造方面, TC16钛合金既可以直接冷镦成形, 也可以采用热镦成形。目前, TC16钛合金紧固件有螺栓、螺钉和自锁螺母等。
未来发展趋势
随着航空航天事业的发展, 新型飞机以及航天飞行器采用的连接技术水平不断提高, 对新型紧固件也提出了新要求。未来研制的抗拉级别在1 200~1 500 MPa、剪切强度≥750 MPa的超高强钛合金紧固件是未来发展的趋势之一。
钛紧固件，这一看似微小的部件，实则是航空航天技术进步的缩影。从减轻飞行器重量到保障结构安全，从耐高温耐腐蚀到电磁兼容，钛合金紧固件以“全能选手”的姿态，支撑着人类探索天空的梦想。未来，随着材料科学与制造技术的深度融合，钛紧固件必将在航空航天领域书写更多突破性篇章，成为飞行器性能革命的持久动力。
