[发明专利]一种Ti基形状记忆合金铆钉紧固件及其制造方法

说明书

本发明提供一种Ti基形状记忆合金铆钉紧固件及其制造方法，该产品采用Ti基形状记忆合金制备，外形设计为对称结构，两端为铆钉圆头或沉头，结构对称中心设计凸起点。在生产及工艺中通过对称拉伸产生2‑4％形变，随后沿各凸起点中部切割得到铆钉成品，在连接部位通过加热回复初始形状起到良好紧固作用。通过设计特定拉伸装置进行串联或者并联一致拉伸、切割制造得到相同均匀预形变处理后的铆钉产品。本发明的制造方法简便、高效、可靠，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于连接件技术领域，特别涉及一种形状记忆合金铆钉紧固件及其简便、可靠、批量化制造方法。

背景技术

传统铆钉紧固件通常采用干涉配合方式连接减轻结构重量并显著延长结构寿命。但对于传统紧固件而言，干涉配合时采用强迫安装的方法进行连接，通常由于紧固件各部位塑性变形不均匀导致其恢复中出现径向非均匀膨胀现象，容易对连接部件造成孔壁裂纹损伤。形状记忆合金在升温相变过程中伴随的形状恢复为均匀形变，能够完全恢复原始形状，因此为解决传统铆钉紧固件连接所产生的非均匀变形问题，采用形状记忆合金制造新型铆钉紧固件。

目前应用较为成熟的形状记忆合金紧固件材料主要为NiTi基合金。NiTi基形状记忆合金具有优良的形状记忆效应，所制作的紧固件在国内外航空、航天、汽车和桥梁等行业得到广泛使用。尤其在航空航天领域，飞机及各类航空器在装配过程中需使用大量铆接产品，一方面满足航空航天严苛使用环境，另一方面保证整体结构轻量化以及可靠性。例如NiTiFe记忆合金航空液压管路接头已在美国的F14、F18和B2等多种型号飞机上得到大量应用，采用NiTiCo记忆合金制作的油密干涉形状记忆铆钉，大量应用于歼七、歼八飞机的机翼油箱上。发明专利CN201310525180.0介绍了一种形状记忆合金铆钉与本体之间利用紧固件受热恢复原始形状，产生干涉配合的结构，但设计中形状记忆合金紧固件为光滑杆状，加载变形处理难度较大。发明专利CN201080055244.X采用NiTi基形状记忆合金的自膨胀特点，在相互接触的连接件孔中发生强制塑性变形，从而产生径向载荷而紧固连接件。由于紧固件加工变形对环境温度的要求以及NiTi基记忆合金相变特点限制，其变形及保存需要在低温环境(如‐196℃的液氮)下进行，致使制造、保存及使用成本高，操作工序繁琐。

Ti基形状记忆合金是近年来发展的一种新型记忆合金材料，具有良好的机械性能(抗拉强度700MPa)以及形状记忆效应(4％)，能够满足铆钉制造使用要求，相对比传统NiTi基合金具有低密度(约为NiTi基合金的70～80％)、使用温度范围广(‐100～200℃)等优点。与此同时，Ti基记忆合金相变温度一般高于室温，并且其母相稳定性高，变形后工作环境降低不会发生马氏体转变且具有高强度，不会发生低温松弛现象。所以Ti基形状记忆合金紧固件可以在室温环境(无需低温环境)下完成变形、保存，尤其是在航空航天等领域能够满足不同温度范围内安全使用的要求，能够极大程度降低形状记忆合金紧固件的制造、保存和使用成本。Ti基记忆合金主要包括Ti‐Nb、Ti‐Zr和Ti‐Ta等合金体系，例如Ti‐Zr‐Nb‐Fe合金(如CN201710046448.0)具有高相变点(As＞150℃)，其作为原材料制造紧固件进行使用时，可以在室温环境下进行加工变形，并在室温环境下长期保存，且此类合金制作的产品性能稳定。

传统形状记忆合金铆钉紧固件为产生干涉配合作用，需在低温环境下(如液氮)使用前对所生产铆钉成品进行预形变处理并保存，使其满足连接件孔径要求，因此在加工工艺方面难以实现批量化处理，而且需要大量低温处理设备支持，极大地增加了此类铆钉的生产、保存与使用成本。

同时，现有技术对形状记忆合金铆钉的制造方法也局限于传统的铆钉的制造方法，如墩制，冷轧等传统制备方法。然而该类制造方法存在成本偏高，设备复杂，加工精度不可控等不足。因此，也亟需发展一种生产成本低、高效、设备和工艺流程简化的制造方法。

发明内容

本发明针对传统形状记忆合金铆钉紧固件产品特点，以及其生产、预形变处理中工艺及生产过程的成本问题，提供一种Ti基形状记忆合金铆钉紧固件及其制造方法。