紧固件用钛合金材料与紧固件的制造工艺和用途密切相关。

一方面,钛合金紧固件的制造工艺主要包括三部分: 1.塑性变形,例如顶镦、减径和滚螺纹等; 2.表面强化,例如螺栓承力面与直杆过渡区的强化等; 3.机械加工,例如车、铣和磨等。

另一方面,紧固件的用途不同,所需材料的性能要求也不同,这就需要使用不同的钛合金材料。以铆钉和螺栓为例,铆钉在安装过程中需要一端或者两端镦头,所以铆接过程对材料的塑性要求较高。螺栓一般要求具有较高的强度,其强度水平与30CrMnSiA高强度合金钢接近,所以通常采用高强钛合金材料。

综合以上两方面的因素,紧固件用钛合金材料也主要分为工业纯钛、(α+β)型和β型钛合金三类。工业纯钛主要是TA1和TA2；(α+β)型钛合金主要包括TC4, TC6和Ti-662等；β型钛合金以亚稳定β型钛合金为主,这是因为亚稳定β型钛合金钼当量一般在10%左右。钼当量小于10%的近β型钛合金热处理强化效果不足;钼当量大于10%的稳定β型钛合金在时效热处理过程中, β相稳定性会较高,难以分解,所以亚稳定β型钛合金材料的强化效果最明显。此外,亚稳定β型钛合金具有优异的冷成形性,可以进行冷镦,避免采用专业的加热设备和气体保护介质,生产效率和材料利用率高,成形后的紧固件尺寸精度高、表面质量好。而(α+β)型钛合金紧固件只能采用热镦成形,需要专门的加热设备和气体介质,生产效率和材料利用率低,也容易出现加热温度不均匀的现象。

铆钉用纯钛抗拉强度在350 MPa以上,剪切强度在240~350 MPa; (α+β)型钛合金铆钉以退火态使用, β型钛合金在固溶态使用,且两种合金的抗拉强度基本相同,为800~950 MPa,剪切强度在600 MPa以上。螺栓用钛合金材料除了TC4钛合金以外,全部是亚稳定β型钛合金,且都在固溶+时效态使用,除了TB8, TB9和Ti-555合金材料的抗拉强度能达到1 200 MPa以上,大部分β型钛合金的抗拉强度一般都为1 100 MPa左右,剪切强度为650~700 MPa。