近些年，我國航空航天事業(yè)飛速發(fā)展，國產(chǎn)大飛機(jī)C919首飛并獲取百架訂單，天舟一號貨運(yùn)飛船發(fā)射且如期完成任務(wù)……這些成功反映出我國工業(yè)基礎(chǔ)和科技實(shí)力的提升。然而，一些原材料、關(guān)鍵零部件或者某項(xiàng)專業(yè)技術(shù)瓶頸無法突破，常常要依賴國外產(chǎn)品進(jìn)口，有鑒于此，國家出臺(tái)了一系列支持航空、航天以及高端零部件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)劃和政策文件。本文將對我國高端零部件之一——鈦合金緊固件產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行解析。

　　鈦合金緊固件的上游為原材料供應(yīng)商，中游為鈦合金緊固件產(chǎn)品，下游為鈦合金緊固件使用方。

　　上游：TC4是鈦合金工業(yè)中的王牌合金，國內(nèi)供應(yīng)廠商較多，質(zhì)量有待提升

　　高端鈦合金緊固件所需原材料主要為TC4、TB3、TC16、TB8等特殊金屬材料。原材料制備過程包括海綿鈦制備、鈦錠制備和鈦材制備等環(huán)節(jié)。

　　TC4是鈦合金工業(yè)中的王牌合金，該合金使用量已占全部鈦合金的75%~85%。其他許多鈦合金都可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型。我國自產(chǎn)鈦材數(shù)量已位居世界前三，供應(yīng)充足，寶鈦股份等公司已能供應(yīng)各類主要鈦材，但航空航天用鈦材質(zhì)量與美國制造的鈦材質(zhì)量相比還有一段距離，美國制造的TC4材料合格率為100%。目前商飛指定的TC4材料供應(yīng)商為兩家美國公司。

　　TB3冷成型性能較好，目前主要用作衛(wèi)星等空間飛行器緊固件使用。目前西北金屬研究院為TB3材料的唯一供應(yīng)商。該材料交貨周期為6個(gè)月，國產(chǎn)質(zhì)量合格率低于80%。

　　TC16鈦合金是前蘇聯(lián)研制的一種高強(qiáng)鈦合金，主要用于制造航空航天緊固件。它不僅具有較高力學(xué)性能，同時(shí)具有優(yōu)異的工藝性能，可實(shí)現(xiàn)冷墩成形，滿足標(biāo)準(zhǔn)件高效、連續(xù)、自動(dòng)生產(chǎn)要求。國內(nèi)貨源充足，主要為俄羅斯生產(chǎn)，目前中國科學(xué)院金屬研究所也可以生產(chǎn)，性能符合要求。

　　TB8材料具有良好的抗氧化性能、耐蝕性能和綜合力學(xué)性能，是理想的結(jié)構(gòu)材料。由西工大超晶公司創(chuàng)新研制，目前主要用在大運(yùn)飛機(jī)上。

　　國際鈦合金價(jià)格由于冶煉工藝、自動(dòng)化生產(chǎn)提高，使產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和產(chǎn)量大幅提升，從而導(dǎo)致鈦合金原材料的價(jià)格穩(wěn)中有降。(鈦合金原材料價(jià)格見表1)總體看來，國外材料質(zhì)量、穩(wěn)定性優(yōu)于國產(chǎn)材料。

表1 鈦合金原材料市場價(jià)格表

(來源：公開資料整理)

　　為保證軍機(jī)供貨持續(xù)、穩(wěn)定，必須建立與國內(nèi)供應(yīng)商的合作，逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)材料代替進(jìn)口。目前主要使用進(jìn)口材料為TC4。國內(nèi)生產(chǎn)TC4棒材的廠家較多，如寶鈦、東方坦業(yè)、寶鋼、西北有色院以及圍繞在寶鈦周圍的300多家鈦材料供應(yīng)商。

　　中游：飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)上大量采用1100MPa的TC4鈦合金緊固件

　　鈦合金緊固件按產(chǎn)品種類進(jìn)行分類較為普遍，主要分為:鉚釘類、螺栓(螺釘)類、螺母類、單面緊固件類、特種緊固件類等產(chǎn)品類型，每一大類包括多種品種、規(guī)格，滿足不同材料、結(jié)構(gòu)的安裝需要。

　　螺栓類緊固件是飛機(jī)上承載較大部位所使用最多的緊固件，其中螺栓主要包括普通螺栓、高鎖螺栓、錐形螺栓等。對于飛機(jī)設(shè)計(jì)，減重是一項(xiàng)重要指標(biāo)，采用高比強(qiáng)度材料可實(shí)現(xiàn)對比強(qiáng)度較低的大規(guī)格緊固件的替代，因此在飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)上大量采用1100MPa的TC4鈦合金緊固件，另外，在設(shè)計(jì)中除要考慮比強(qiáng)度外，還需考慮抗疲勞、耐腐蝕、剛性、脆性、相容性、耐熱性等性能。

　　螺母類緊固件與螺栓配套使用，具有多種結(jié)構(gòu)形式以滿足不同場合的使用，包括六角螺母、十二角螺母、花鍵螺母、托板螺母、桶形螺母、高鎖螺母等，大多數(shù)螺母都采用了自鎖結(jié)構(gòu)形式。托板螺母包括有耳托板螺母、無耳托板螺母、游動(dòng)托板螺母和成組游動(dòng)托板螺母等，具有密封和不密封兩種形式，其中無耳托板螺母可提高結(jié)構(gòu)壽命;六角螺母在飛機(jī)整體上具有較大的使用量;十二角螺母在發(fā)動(dòng)機(jī)和高強(qiáng)螺栓上使用量較大;高鎖螺母與高鎖螺栓配套使用，使用量較大，包括抗剪型高鎖螺母和抗拉型高鎖螺母兩種，具有普通高鎖螺母、自對準(zhǔn)高鎖螺母、密封高鎖螺母以及墩制型高鎖螺母等結(jié)構(gòu)。

　　下游：鈦合金緊固件主要應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，且需求量巨大

　　一架典型的單通道飛機(jī)的鈦合金緊固件的使用量就有20多萬件，例如波音公司的737系列，空中客車的A320系列和中國商飛的C919系列飛機(jī)，并且隨著鈦合金成本的降低、對機(jī)身減重和燃油經(jīng)濟(jì)性要求的提高等，都會(huì)增加鈦合金緊固件在航空航天器上的使用量，表2為鈦合金緊固件的主要客戶。

表2 鈦合金緊固件的主要用戶

(來源：某飛機(jī)零配件供應(yīng)商)

　　結(jié)語

　　目前，我國鈦合金緊固件產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展得相對完善，TC4是鈦合金工業(yè)中的王牌合金，國內(nèi)供應(yīng)廠商較多，且隨著工藝技術(shù)的提升，鈦合金成本的會(huì)不斷降低。鈦合金緊固件目前主要應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，航空航天出于減重、耐高溫等需求對鈦合金緊固件有較大需求，目前高端緊固件的設(shè)計(jì)及關(guān)鍵工序主要由國外知名緊固件廠商控制，出于質(zhì)量考慮，飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)上大量采用1100MPa的TC4鈦合金緊固件也從美國進(jìn)口。