AUTO TIME131MANUFACTURING AND PROCESS | 制造与工艺时代汽车 铝合金车身用紧固件技术及应用实例顾洋 杨金秀 罗培锋 陈东广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院 广东省广州市 511434摘 要： 为满足日益增长的铝合金车身开发过程中的零部件安装点需求，急需开发和掌握铝合金车身紧固件技术。
本文将铝合金车身紧固件技术分为机械连接、焊接两大类，分别介绍了工艺原理、技术特点及应用实例，对后续新开发铝车身部件紧固件的选型具有一定的借鉴和指导意义。
关键词：铝合金车身 紧固件 机械连接 焊接1 前言在汽车轻量化的发展趋势下，铝合金目前已成为仅次于钢材的第二大车身材料。
目前有20%汽车品牌已经有各自全铝车身，或者高占比铝部件车身在售。
车身作为汽车骨架，不仅提供了安全可靠的乘员舱空间，还需满足绝大部分零部件的安装功能。
因此为冲压铝板件，挤压铝件，铸铝件三类铝合金车身部件选择安全可靠的标准件的尤为重要和迫切。
车身标准件提供的安装点大概分两类，一类为可满足目标需求扭矩的标准件，二类为仅满足卡接需求不满足扭矩需求的紧固件。
铝合金车身常用的紧固件按材质种类可分为钢制和铝制标准件两种。
按与车身连接形式可分为机械连接类和焊接类两种。
2 机械连接类2.1 自穿式自穿式螺栓或螺母又称自冲铆螺栓或螺母，其中自穿式标准件是通过端部翻边结构穿透板材并与之形成可靠互锁结构的冷成型工艺。
其结构形式如图1、图2所示。
自穿式标准件的工艺过程包括四个阶段：夹紧、刺穿、成型，放开。
自穿式标准件有可承受标准力矩，板材不需开孔，其中螺栓密封良好等优点，但存在标准件成本较高，仅适用于厚度低于2.0的薄壁铝板件。
图3为自穿式螺栓在埃安LX 车身前壁板及地板区域的应用。
自穿式标准件可广泛应用于铝合金车身铝冲压零部件。
2.2 铆接铆接又称压铆，又叫自扣紧，是一种与板材通过法向结构或者径向结构互锁的标准件连接形式。
主要有齿状互锁压铆和折边互锁压铆两种。
热处理对紧固件用TB8钛合金棒材力学性能的影响文章介绍了紧固件用TB8棒材的生产流程，研究了热处理制度对TB8棒材力学性能的影响。
结果表明棒材在750℃～830℃保温0.5h～2h，抗拉强度为800MPa～1000MPa，剪切强度大于570MPa；随后因时效温度的变化，分别可得到1100MPa、1200MPa、1300MPa不同强度级别的棒材。
标签：紧固件；TB8钛合金；力学性能TB8钛合金属亚稳定β钛合金，名义成分Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si，国外对应牌号为Beta-21S（UNS Number R58210）。
该合金具有优良的比强度、焊接性能、抗蠕变性能、高温抗氧化性能和耐腐蚀性能，同時经热处理可获得高强度。
TB8钛合金可以在固溶状态和固溶时效状态下使用，固溶状态的使用温度为200℃，固溶后冷成型状态的使用温度为150℃，固溶时效状态的最高使用温度为550℃[1]。
由于优异的综合性能，TB8钛合金已成为理想的航空航天紧固件用材料[2，3]，并拟纳入GJB 2219《紧固件用钛合金棒（线）材规范》修订版中。
规范中固溶制度为（780～810）℃保温（0.5～2）h，空冷；时效制度为（520～560）℃保温（8～12）h，空冷。
文章通过研究热处理工艺对TB8紧固件用棒材力学性能的影响，为今后该合金的工业化制备及应用提供参考数据。
1 棒材制备由于TB8钛合金含有较多的Mo、Nb等β稳定元素，铸锭采用3次真空自耗电弧炉熔炼制备，铸锭规格为直径φ580mm，化学成分见表1。
铸锭在β相区经多火次锻造后，制备为直径φ150mm、组织均匀的棒材坯料，并进行了表面机加工处理。
采用金相法对TB8相变点进行测定，结果为810～815℃。
随后成品棒材制备并未采用传统的精锻后轧制工艺，而是采用了效率更高的高速连轧工艺。
分2次将φ150轧制为直径10mm的棒材，单只棒材重量约为25kg。
2 热处理结果及分析2.1 固溶制度及力学性能对制备的φ10mm棒材，截取试样后在780℃～850℃分别进行7组试样的固溶处理，温度间隔为10℃。
摘要钛合金的高温力学性能及热物理性能均不理想。
钛合金耐磨性差，摩擦系数高，在高温下抗氧化性差，从而限制了其进一步广泛应用。
本文采用等离子体喷涂技术在钛合金表面制备Cr2O3陶瓷涂层，改善钛合金表面的硬度及摩擦性能，找出实验工艺与性能的关系。
本实验利用显微硬度仪测定了Cr2O3陶瓷涂层的显微硬度；采用X射线衍射法（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）研究了Cr2O3陶瓷涂层的相结构以及表面形貌特征；利用高速往复摩擦磨损实验机测试了等离子喷涂前后试样的耐磨性能。
实验结果表明：用钛合金等离子喷涂Cr2O3陶瓷涂层的显微硬度显著提高，最高硬度达到HV1500，陶瓷涂层的耐磨性能明显改善。
关键词：钛合金，等离子喷涂，硬度，耐磨性能AbstractHigh-temperature mechanical properties of titanium alloy and thermal physical properties are not ideal. Its poor wear resistance, high friction coefficient and poor anti-oxidation in high temperature conditions, all of these limit its wide application. In the paper, the Cr2O3 ceramic coating was formed on the surface of titanium alloy by the plasma-sprayed technology. By the coating, hardness and wear-resistance property of the alloy’s surface were absolutely improved. And at the end of the experiment, the relation of experimental technique and samples’ performance was found.The microhardness of the ceramic coatings was measured by microharness tester. X-ray diffraction (XRD) and scanning electronic microscope (SEM) were used to study the phase construction,the morphology and wear resistance of the ceramic coating was measured by high-speed reciprocating friction and wear testing machine.The result shows that XRD detects that Cr2O3 was the only component of coating on the surface of titanium alloy. The maximum harness is HV1500, the harness and friction property of the surface of titanium alloy was improved greatly.Key words: titanium alloy, plasma spraying, hardness, friction properties目 录第一章 前 言 (1)1.1 钛合金的概述 (1)1.1.1 钛合金的性能 (1)1.1.2钛合金的应用与发展趋势 (3)1.2 热喷涂技术 (6)1.2.1 超音速等离子喷涂技术 (6)1.2.2 反应热喷涂技术 (7)1.2.3 电弧喷涂技术 (8)1.3 等离子喷涂技术 (8)1.4 本实验的主要研究内容 (9)第二章 实验材料、实验设备 (10)2.1 实验材料 (10)2.1.1 基体材料 (10)2.1.2 试样的制备 (11)2.2 实验设备 (11)2.2.1 预磨机 (11)2.2.2 金相试样抛光机 (11)2.2.3 金相镶嵌机 (12)2.2.4 摩擦磨损检测仪 (12)2.3 实验工艺 (12)2.3.1等离子喷涂的实验工艺 (12)2.3.2 等离子喷涂的实验装置 (13)2.3.3实验前后试样比较 (15)第三章 等离子喷涂Cr2O3陶瓷层的形貌、显微组织以及分析、硬度分析 (16)3.1等离子喷涂Cr2O3陶瓷层的形貌及显微组织分析 (16)3.1.1 实验设备 (16)3.1.2 实验试样的扫描电镜分析 (16)3.2 等离子喷涂Cr2O3陶瓷涂层的XRD 分析 (20)3.2.1 X射线衍射的物相分析原理 (20)3.2.2 等离子喷涂涂层XRD结果及分析 (21)3.3 等离子喷涂Cr2O3陶瓷涂层的硬度分析 (22)3.3.1 检测所用的设备 (22)3.3.2 显微硬度仪的原理 (23)3.3.3硬度检测实验结果 (23)第四章 等离子喷涂Cr2O3陶瓷层摩擦学性能分析 (31)4.1 摩擦学的论述 (31)4.1.1摩擦机理 (31)4.1.2 影响滑动摩擦的因素 (32)4.2 等离子喷涂Cr2O3陶瓷层的耐磨性检测 (32)4.2.1检测装置 (32)4.2.2摩擦系数测试原理 (34)4.3 往复摩擦试验结果及分析 (34)4.3.1 往复摩擦试验的图片分析 (34)4.3.2 往复摩擦实验的曲线分析 (36)第五章 技术经济分析报告 (45)第六章 结 论 (46)参 考 文 献 (47)致 谢 (49)声 明 (50)第一章 前 言1.1 钛合金的概述1.1.1 钛合金的性能钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1%，但其强度低、塑性高。
钛合金紧固件用铝涂层抗电偶腐蚀行为研究曹文健;汤智慧;原玲;杨瑞;刘虎;辛龑【摘要】Objective To study the anti-galvanic corrosion effect of aluminum coating on titanium alloy fastener connected with aluminum components. Methods The anti-galvanic corrosion performance of aluminum coating on TC4 titanium alloy fastener was evaluated through galvanic corrosion current, open circuit potential, polarization curve and AC impedance in this paper. Results The results indicated that the serious galvanic corrosion easily occurred when TC4 titanium alloy without aluminum coating was coupled with 2024 aluminum alloy. However, the galvanic corrosion decreased for the galvanic couple of TC4 titanium alloy with aluminum coating and 2024 aluminum alloy. The galvanic current density decreased from 80.51 μA/cm2 to 0.45 μA/cm2, and the galvanic corrosion grade was B. Also the self-corrosion potential increased from-267 v to-103 v and the surface resistance increased from 771.6Ωto 2.59×108Ω. Conclusion The test results showed that aluminum coating can effectively prevent galvanic corrosion of titanium alloy fastener/aluminum alloy substrate.%目的研究铝涂层对钛合金紧固件连接铝构件时抗电偶腐蚀的作用.方法采用电偶腐蚀电流、开路电位、极化曲线、电化学交流阻抗等电化学测试技术,分析评价了钛合金紧固件表面用铝涂层的抗电偶腐蚀性能.结果无涂层TC4钛合金和2024铝合金组成的电偶对存在严重的电偶腐蚀;TC4钛合金表面制备铝涂层后,自腐蚀电位从-267 V升高到213 V ,表面电阻从771.6Ω升高到2.59×108Ω,与2024铝合金组成电偶对的电偶电流密度从80.51μA/cm2下降到0.45μA/cm2,其电偶腐蚀等级为B.结论铝涂层可以有效地防止电偶腐蚀.【期刊名称】《装备环境工程》【年(卷),期】2016(013)001【总页数】6页(P116-120,125)【关键词】钛合金紧固件;铝涂层;电偶腐蚀;电偶腐蚀电流【作者】曹文健;汤智慧;原玲;杨瑞;刘虎;辛龑【作者单位】北京航空材料研究院航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室,北京 100095;北京航空材料研究院航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室,北京 100095;北京航空材料研究院航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室,北京 100095;北京航空材料研究院航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室,北京 100095;北京航空材料研究院航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室,北京 100095;北京航空材料研究院航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室,北京 100095【正文语种】中文【中图分类】TJ04;TG172钛合金紧固件以其优异的耐腐蚀性能和综合力学性能，已经在航空航天领域得到广泛的应用，尤其是在飞行器上显示出无可比拟的减重优势[1—3]。
